Um capacitor conectado diretamente a uma bateria consome alguma energia?

Neste exemplo

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

Após o carregamento inicial da tampa de 3V, a corrente fica bloqueada, mas com o tempo ela consome energia das baterias? Isso é seguro de fazer?

A corrente de vazamento irá drenar a bateria, provavelmente não significativamente em comparação com a autodescarga interna da bateria.

Um eletrolítico de alumínio pode vazar 100nA a longo prazo, o que não é muito comparado à autodescarga de uma célula-botão. O máximo garantido de um e-cap típico desse tamanho é 0,002CV ou 400nA (o que for maior) após 3 minutos. A maioria das partes supera isso significativamente. Algumas peças SMD não são tão boas.

Sua segunda pergunta foi se isso é seguro. Geralmente, sim, no entanto , quase sempre existem exceções na engenharia. Se a sua bateria de 3V tem uma grande capacidade de corrente (talvez uma célula 18650 Li desprotegida) e o seu capacitor é algo como um capacitor de tântalo de 6,3V, há um risco significativo de um evento de 'ignição' ao conectar o capacitor à bateria (as chamas da imagem disparam uma luz brilhante e alguns vapores nocivos). O risco pode ser consideravelmente reduzido com a adição de algumas resistências em série de algumas dezenas de ohms.

Em estado estacionário (após muito tempo), um capacitor ideal não extrai corrente significativa de uma bateria. Um capacitor real consumirá uma pequena corrente de fuga. A quantidade de corrente de vazamento dependerá do tipo do capacitor; os eletrolíticos terão maior vazamento do que os filmes e cerâmicas.

Um capacitor ideal seria um circuito aberto para CC, para que nenhuma corrente flua e nenhuma energia seja consumida depois que o capacitor estiver totalmente carregado.

No entanto, os capacitores reais possuem uma pequena corrente de vazamento, portanto, na Vida Real, a energia seria consumida muito lentamente após o carregamento inicial.

Você deve verificar algo chamado "resistência de isolamento"

Cito de Murata:

A resistência de isolamento de um capacitor cerâmico monolítico representa a razão entre a tensão aplicada e a corrente de fuga após um tempo definido (ex. 60 segundos) durante a aplicação de tensão CC sem ondulação entre os terminais do capacitor. Enquanto o valor teórico da resistência de isolamento de um capacitor é infinito, uma vez que há menos fluxo de corrente entre os eletrodos isolados de um capacitor real, o valor real da resistência é finito. Esse valor de resistência é chamado de "resistência de isolamento" e indicado com unidades como Meg Ohms [MΩ] e Ohm Farads [ΩF].

Verifiquei uma folha de dados que eu tinha (número da peça: GRM32ER71H106KA12 ) para obter um exemplo para aproximar a quantidade de vazamento que passa. Veja a imagem abaixo:

Para entender completamente o comportamento do capacitor em estado estacionário (como conectar diretamente um capacitor a uma bateria), recomendo a leitura do seguinte artigo: http://www.murata.com/support/faqs/products/capacitor/mlcc/ char / 0003

Se a polaridade da bateria for revertida nesse cenário, mesmo um capacitor ideal consumirá corrente para mudar sua polaridade em sintonia com a bateria. Porém, neste caso, apenas um capacitor real poderá consumir energia devido ao efeito de mola, ou seja, vazamento de carga pelas bordas do capacitor. No entanto, isso dependerá do tipo de capacitor e do material usado na fabricação do capacitor.