Ein Kondensator besteht aus zwei voneinander isolierten Leitern, auf denen Ladung gespeichert wird. Beim Plattenkondensator sind es zwei parallele Metallplatten mit der Fläche $A$ im Abstand $d$. Liegt die Spannung $U$ an, trägt eine Platte die Ladung $+Q$, die andere $-Q$. Der Kondensator ist insgesamt neutral. Zwischen den Platten ist das Feld homogen, nur am Rand wölbt es sich nach außen.

Spannung und Feldstärke hängen so zusammen: Verschiebst du eine Ladung $q$ im Feld um $d$ von einer Platte zur anderen, verrichtet das Feld $W = Fd = qEd$. Zugleich ist $W = qU$. Gleichsetzen und durch $q$ teilen ergibt die Beziehung unten. Die Einheit V/m ist gleich N/C.

Verdoppelst du die Spannung an einem Kondensator, verdoppelt sich die Ladung. $Q$ und $U$ sind proportional, ihr Quotient ist eine Eigenschaft des Bauteils: die Kapazität $C$. Einheit: $1\,\text{F} = 1\,\text{C/V}$ (Farad). Ein Farad ist sehr groß, übliche Werte liegen zwischen Picofarad und Millifarad.

Beim Plattenkondensator zeigt eine Messreihe, wie $C$ vom Abstand abhängt (Beispielwerte, Fläche $A = 0{,}040\,\text{m}^2$, Luft):

Das Produkt $C\cdot d$ ist konstant, also gilt $C \sim 1/d$. Dazu passt: Bei fester Spannung ist $E = U/d$, und bei gleichem Feld sitzt auf einer größeren Fläche proportional mehr Ladung, also $C \sim A$. Der Faktor ist die elektrische Feldkonstante $\varepsilon_0 = 8{,}854\cdot10^{-12}\,\text{A s/(V m)}$.

Beim Laden bringt die Quelle Ladung von einer Platte zur anderen. Ist schon die Ladung $q$ übergegangen, liegt die Spannung $u = q/C$ an. Für ein kleines Stück $\mathrm{d}q$ ist die Arbeit $u\,\mathrm{d}q$. Im $q$-$u$-Diagramm ist die Summe die Fläche unter der Geraden $u = q/C$: ein Dreieck mit Grundseite $Q$ und Höhe $U$. Die Fläche ist $\frac12 QU$. Der Faktor $\frac12$ kommt daher, dass die Spannung beim Laden erst von $0$ auf $U$ wächst. Mit $Q = CU$ ergeben sich die anderen Formen. Die Energie steckt im Feld zwischen den Platten.

Ein Kondensator $C$ wird über einen Widerstand $R$ entladen. Die Maschenregel gibt $u = R\,i$. Der Strom ist die Abnahme der Ladung, $i = -\mathrm{d}q/\mathrm{d}t = -C\,\mathrm{d}u/\mathrm{d}t$. Daraus folgt $\mathrm{d}u/\mathrm{d}t = -u/(RC)$: Die Spannung nimmt mit einer Rate ab, die zu ihr selbst proportional ist. Das löst die Exponentialfunktion. Die Größe $\tau = RC$ heißt Zeitkonstante (Einheit: s).

Beim Entladen gilt $u(t) = U_0\,e^{-t/\tau}$. Beim Laden über $R$ aus einer Quelle $U_0$ gilt $u(t) = U_0\,(1 - e^{-t/\tau})$. Der Strom ist zu Beginn am größten, $I_0 = U_0/R$, und sinkt wie $I_0\,e^{-t/\tau}$. Qualitativ: Zuerst ändert sich $u$ schnell, dann immer langsamer. Der Endwert wird nie ganz erreicht.

Ein Isolator zwischen den Platten heißt Dielektrikum. Im Feld polarisiert er sich: Seine Atome und Moleküle werden zu kleinen Dipolen (je ein positives und ein negatives Ende) und richten sich aus. An den Oberflächen entstehen gebundene Ladungen, deren Feld das äußere im Isolator schwächt. Bei gleicher Ladung sinkt dadurch die Spannung um den Faktor $\varepsilon_r$ (Dielektrizitätszahl), und die Kapazität steigt auf $C = \varepsilon_r\,\varepsilon_0\,A/d$. Richtwerte: Luft etwa 1, Papier etwa 2 bis 4, Glas etwa 5 bis 10, Wasser etwa 80. Schiebst du Glas mit $\varepsilon_r = 6$ in einen abgetrennten Kondensator, sinkt $U$ auf ein Sechstel, und die Energie $Q^2/(2C)$ ebenfalls. Die Differenz verrichtet das Feld als Arbeit, indem es das Glas in den Kondensator hineinzieht.

Ein Kondensator speichert wenig Energie, gibt sie aber in sehr kurzer Zeit ab. Eine Batteriezelle (angenommen 1,5 V, 2 Ah, also $7200\,\text{C}$) speichert $1{,}5\,\text{V}\cdot7200\,\text{C} = 10\,800\,\text{J}$, etwa das 500-fache des Blitzkondensators, und gibt sie nur langsam ab. Darum eignen sich Kondensatoren für kurze, starke Impulse (Blitz, Defibrillator), zum Glätten von Spannungen in Netzteilen und als Zeitglieder mit $\tau = RC$. Für lange Laufzeiten nimmt man Akkus.