Electricidad y Electrónica Básicas: Conceptos y Aplicaciones

510 Pages·1983·7.79 MB·Spanish

by  P. Buban

Buban/Schmitt
ELECTRICIDAD Y
ELECTRÓNICA BÁSICA
Conceptos y aplicaciones
CUARTA EDICION
(Primera edición en español)
ELECTRICIDAD
Y ELECTRÓNICA
BÁSICAS
Conceptos y aplicaciones
LOS AUTORES
Peter Buban enseña electricidad y electrónica en el Quincy
(III.)Area Vocational Technical Center. Recibió su grado de
Maestría en Artes en la Northeast Missouri State University.
Sus muchos años de práctica militar y su experiencia en la in
dustria en los campos de la electricidad y la electrónica
incluyen trabajos como el de técnico en electrónica, jefe ra
diotelegrafista y electricista. Peter Buban es coautor del libro
Technical Electricity and Electronics.
Marshall L. Schmitt es Senior Program Specialist en la Divi
sion of Educational Replication del Departamento de Educa
ción de Estados Unidos. Es el responsable de los programas
de especialidades en la Pennsylvania State University. Ha
impartido cursos de electricidad y electrónica al personal de
la Marina de Estados Unidos y, a nivel de Preparatoria, en el
estado de Nueva' York. Fue maestro también en el Departa
mento de Especialidades Industriales de la North Caroline
State University, Raleigh, N. C. El doctor Schmitt es coautor
del libro Technical Electricity and Electronics.
ELECTRICIDAD
Y ELECTRÓNICA
BÁSICAS
Conceptos y aplicaciones
CUARTA EDICIÓN
(Primera edición en español)
Peter Buban
Marshall L. Schmitt
TRADUCCIÓN:
GABRIEL NAGORE CAZARES
Investigador
Instituto de Investigaciones Eléctricas, C.F.E.
REVISIÓN TÉCNICA:
EDUARDO RAMÍREZ GRYCUK
Físico, UNAM
Profesor Asociado, Departamento de Materiales
UAM-Azcapotzalco
McGRAW-HILL
MÉXICO • BOGOTÁ • BUENOS AIRES • GUATEMALA • LISBOA • MADRID
NUEVA YORK • PANAMÁ • SAN JUAN • SANTIAGO • SAO PAULO
AUCKLAND • HAMBURGO • JOHANNESBURGO • LONDRES • MONTREAL
NUEVA DELHI • PARÍS • SAN FRANCISCO • SINGAPUR
ST. LOUIS • SIDNEY • TOKIO • TORONTO
ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA BÁSICAS
Conceptos y aplicaciones
Prohibida la reproducción total o parcial de esta obra,
por cualquier medio, sin autorización escrita del editor.
DERECHOS RESERVADOS © 1983, respecto a la primera edición en español por
LIBROS McGRAW-HILL DE MÉXICO, S. A. DE C. V.
Atlacomulco 499-501, Fracc. Industrial San Andrés Atoto
53500 Naucalpan de Juárez, Edo. de México
Miembro de la Cámara Nacional de la Industria Editorial, Reg. Núm. 465
ISBN 968-451-471-9
Traducido de la cuarta edición en inglés de
UNDERSTANDING ELECTRICITY AND ELECTRONICS
Copyright© 1982, by McGraw-Hill International Book Co., U.S.A.
ISBN 0-07008678-8
1234567890 PE-83 8012456793
Impreso en México Printed in México
Esta obra se terminó en junio de 1983
en Programas Educativos, S.A.
Calz. Chabacano No. 65-A
Col. Asturias
06850 México, D.F.
Se tiraron 5 000 ejemplares
Prólogo del editor
Las publicaciones McGraw-Hill sobre educación industrial constituyen una serie
completa de libros de texto que cubren importantes áreas de la materia.
Electricidad y electrónica básicas, uno de los textos de esa serie, ha probado ser
uno de los libros más ampliamente utilizados en este campo. Para seguir siendo
valioso en un campo que se desarrolla y que cambia tan rápidamente, un libro de
texto debe ponerse al día, mejorarse y ampliarse. Esta cuarta edición (en inglés)
incorpora todos los aspectos esenciales, teóricos y prácticos, necesarios para
mantenerse al mismo paso que los últimos avances en tecnología y pedagogía.
Este libro refleja muchos años de experiencia de los autores en la enseñanza,
en varios niveles educativos, y su amplio conocimiento del aspecto práctico del
campo. Su ingenio y utilidad son constantemente probados y perfeccionados en
el salón de clases y en el laboratorio. El resultado es un libro de texto que es una
fuente óptima de información para los estudiantes de bachillerato tecnológico,
así como para el estudiante técnico que cursa electricidad y electrónica por pri
mera vez.
Un tipo de letra sumamente legible y un diseño claro y agradable, empleados
en todo el libro, mantienen el interés del estudiante. Los temas de estudio, ejerci
cios de aprendizaje por medio de prácticas, actividades de estudio individuales y
proyectos de construcción se diseñaron para retar las mentes, teóricas y prácti
cas, de muchachos y muchachas que poseen una gran diversidad de experien
cias, intereses y capacidades.
Los autores, el editor y la editorial esperan que esta edición de Electricidad y
Electrónica Básicas estimule el interés de los estudiantes por esta importante
área. Quizás la inspiración, acrecentada por el estudio de este fascinante campo
de la energía y las comunicaciones, dé como resultado el satisfacer las necesida
des de futuros especialistas en electricidad y electrónica. Desde luego, esto po
dría avivar la imaginación de los ingenieros electricistas y técnicos potenciales
que contribuirán a la sociedad del mañana.
Chris H. Groneman
V
Contenido
PREFACIO IX
Sección 1
INTRODUCCIÓN 1
1. Átomos, electrones y cargas eléctricas 2
2. Circuitos eléctricos 10
3. Diagramas de circuitos y símbolos 13
4. Reglas, prácticas y dispositivos de seguridad 22
5. Ocupaciones en electricidad y electrónica 37
Sección 2
CIRCUITOS Y DISPOSITIVOS ELÉCTRICOS 50
6. Voltaje, corriente y potencia 50
7. Conductores y aisladores 56
8. Resistencia y resistores 61
9. Ley de Ohm y fórmulas de potencia 72
10. Circuitos en serie y en paralelo 79
11. Medición de cantidades eléctricas 88
12. Capacitancia y capacitores 102
13. Magnetismo 115
14. Electromagnetismo 123
15. Inducción electromagnética e inductancia 131
Sección 3
FUENTES DE ENERGÍA 149
16. Pilas voltaicas y baterías 149
17. Generadores 159
18. Otras fuentes de energía eléctrica 167
Sección 4
ELECTRÓNICA, TEORÍA Y DISPOSITIVOS 177
19. Tubos electrónicos 177
20. Semiconductores y diodos 184
21. Transistores 194
22. Otros dispositivos de estado sólido 204
23. Circuitos impresos 215
VI
Sección 5
CONEXIONES ELÉCTRICAS: MATERIALES, HERRAMIENTAS
Y PROCEDIMIENTOS 227
24. Planeación y construcción de proyectos 227
25. Alambres y cables 234
26. Herramientas y dispositivos de alambrado 242
27. Soldadura 259
28. Construcción de un chasis metálico 268
Sección 6
ELECTRICIDAD EN EL TRABAJO 279
29. Lámparas e iluminación 279
30. Generación de reacciones químicas 288
31. Sistemas eléctricos domésticos 294
32. Motores eléctricos 308
33. Generación de calor 325
34. Refrigeración y aire acondicionado 337
35. Sistema eléctrico del automóvil 343
Sección 7
SISTEMAS DE INFORMACIÓN Y DE COMUNICACIÓN 355
36. Conceptos básicos de la comunicación 355
37. Telégrafo y teletipo 360
38. Sistema telefónico 368
39. Sistemas de audio 374
40. Fundamentos de radio 392
41. Fundamentos de televisión 405
42. Telemetría 422
43. Computadoras y procesamiento de datos 427
Sección 8
ELECTRICIDAD E INDUSTRIA 439
44. Industria de la energía eléctrica 439
45. Investigación y desarrollo en la electrónica 449
46. Manufactura de productos 455
Sección 9
PRUEBA E INVESTIGACIÓN DE FALLAS 459
47. Instrumentos electrónicos de prueba 459
48. Diagnóstico y reparación de fallas 466
Sección 10
PROYECTOS PROPUESTOS 473
GLOSARIO 482
ÍNDICE 488
VIl
Aprendizaje mediante
actividades
1. Fabricación de un electroscopio 7
2. Dibujo de diagramas esquemáticos 20
3. Construcción de una lámpara de neón de prueba manual 33
4. Empleo del código de colores para resistores 68
5. Instalación de un control de volumen en altavoces 69
6. Medición de voltaje y corriente 96
7. Verificación de los valores de resistencia con un óhmetro_____________ 98
8. Verificación de la ley de Ohm, 99
9. Experiencias adicionales con la ley de Ohm y las fórmulas
de la potencia 100
10. Almacenamiento de carga en capacitores 111
11. Construcción de un oscilador de relajación 112
12. Observación de los campos magnéticos____________________________ 120
13. El solenoide en acción 128
14. Inducción electromagnética 140
15. Construcción de un experimentador electromagnético 142
16. Efectos de la autoinductancia 146
17. El diodo como una "compuerta" 191
18. El diodo como un rectificador 191
19. El transistor en acción 201
20. Circuito amplificador transistorizado 201
21. Circuito rectificador controlado de silicio 209
22. Experiencias con las celdas fotoconductoras________________________ 210
23. El termistor como dispositivo de control de corriente_________________ 211
24. Construcción de termopares 212
25. Construcción de un radio de circuito impreso 224
26. Capacidad de corriente de alambre 240
27. Prácticas con la soldadura 266
28. Construcción de un reóstato de agua salada 292
29. Alambrado con cable de forro no metálico 304
30. Motor universal bipolar sencillo 321
VIII
Prefacio
Electricidad y electrónica básicas está destinado para un curso básico de am
bas especialidades. Aunque el libro ha sido escrito especialmente para adap
tarse a cursos de diferente duración, el material que se incluye es el sufi
ciente para un curso completo de un año.
Desde el inicio de la edición de este texto actualizado, se presentan al estu
diante las teorías fundamentales en las cuales se basan estudios posteriores
de aplicación práctica. Este desarrollo lógico de los temas es particularmente
efectivo al relacionar los avances en electricidad y electrónica con conceptos
básicos de física, mecánica y química que se presentan al estudiante. Este
planteamiento se fortalece con el empleo sensato de matemáticas básicas,
principalmente en la solución de problemas en los que intervienen relacio
nes eléctricas fundamentales.
Las experiencias obtenidas en el salón de clases con las ediciones anterio
res y muchas sugerencias útiles de los usuarios del texto ayudaron a determi
nar la estructura general y el contenido de la presente edición. Las oportuni
dades profesionales y de ocupación en las áreas de electricidad y electró
nica, abiertas tanto a hombres como a mujeres, se examinan con detalle. Las
exposiciones de materiales y procesos reflejan los últimos desarrollos en es
tas áreas. Conforme al objetivo de relacionar el tema con el mundo real, se
ha incluido, cuando ha sido pertinente, información para el consumidor so
bre los productos eléctricos y su empleo. La unidad sobre otras fuentes de
energía mira hacia el futuro, en lo referente a los problemas energéticos que
probablemente afectarán la vida de todos. Esta edición incluye también
nueva información del campo de la electricidad y la electrónica, como moto
res de alto rendimiento, conexión de alambre enrollado y comunicación por
ondas luminosas.
El texto consta de diez secciones principales que presentan un total de 48
unidades de instrucción y sugerencias para la construcción de varios proyec
tos. El material que se encuentra al final de cada unidad incluye ejercicios de
aprendizaje práctico, autoevaluaciones, repaso y estudio de temas, y activi
dades de estudio individuales. Cada uno está preparado para alcanzar un ob
jetivo particular en la motivación, evaluación y reforzamiento de la com
prensión del estudiante sobre lo que ha estudiado. Los ejercicios de
aprendizaje práctico permiten la transmisión de experiencias prácticas obte
nidas en el empleo de diagramas de circuito, herramientas y equipo de
prueba. Pueden utilizarse como tareas individuales o de grupo, o como de
mostraciones del instructor. Cada uno de los ejercicios se ha diseñado para
emplear materiales baratos y disponibles, por lo general, en la tienda de la
escuela o en el laboratorio. Las secciones de autoevaluación constituyen una
forma para que los estudiantes valoren su progreso a través de cada unidad
independientemente. Los temas de repaso y estudio pueden ser utilizados