Principios De Circuitos Electricos

968 Pages·2008·13.42 MB·Spanish

by  Thomas L. Floyd

O
CTAVA EDICIÓN
Principios de
FLOYD
circuitos eléctricos
c
Este best seller sobre circuitos de cd y ca incluye ahora cambios i
significativos (muy positivos) para instructores y estudiantes. Como en r
ediciones anteriores, Principios de circuitos eléctricos, octava edición,
c
conserva sus mejores cualidades: P
u
• Cobertura amplia y directa de los fundamentos de componentes y r
i
circuitos eléctricos
• Explicaciones y aplicaciones claras de las leyes fundamentales de ti
n
los circuitos y análisis en una amplia diversidad de circuitos básicos, o
con énfasis en aplicaciones
c
• Extensa cobertura del tema de localización y resolución de fallas s
i

p
Estos atributos lo convierten en la alternativa ideal para el salón de clases y e
para quien desee iniciar una carrera en electrónica. En el estilo de
li
redacción claro y singularmente atractivo de Floyd, los conceptos
o
esenciales se presentan y refuerzan de una forma creativa hasta que el é
lector adquiere una firme comprensión de todos los elementos clave cs
relacionados con los circuitos eléctricos. Yahora, en respuesta a la

t
abrumadora retroalimentación de los usuarios, Principios de circuitos d
eléctricos, octava edición, ofrece más ejemplos, más aplicaciones prácticas r
y más problemas, así como una mayor claridad sobre los conceptos e
difíciles para proporcionar una perspectiva del “mundo real” aún más i
c
práctica para garantizar la comprensión total del material presentado.
o
En el sitio Web de este libro (www.pearsoneducacion.net/floyd) el
estudiante encontrará material adicional; los instructores que utilicen este s
texto en un curso pueden disponer también de varios recursos muy útiles y
atractivos, entre ellos un Manual de recursos para el intructor, diapositivas
en Power Point®y el TestGen.
OCTAVA
EDICIÓN FLOYD
Visítenos en:
www.pearsoneducacion.net

P
RINCIPIOS DE
CIRCUITOS ELÉCTRICOS
Octava edición
Thomas L. Floyd
TRADUCCIÓN
Rodolfo Navarro Salas
Ingeniero Mecánico
Universidad Nacional Autónoma de México
REVISIÓN TÉCNICA
Luis Mauro Ortega González
Ingeniero Mecánico Electricista
Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey
Campus Estado de México
Gustavo Pérez López
Maestro en Ciencias
Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey
Campus Estado de México
Datos de catalogación bibliográfica
FLOYD, THOMAS L.
Principios de circuitos eléctricos. Octava edición
PEARSON EDUCACIÓN, México, 2007
ISBN: 978-970-26-0967-4
Área: Ingeniería
Formato: 21 × 27 cm Páginas: 968
Authorized translation from the English language edition, entitled Principles of electric circuitsby Thomas L. Floydpublished by Pearson
Education, Inc., publishing as PRENTICE HALL, INC., Copyright ©2007. All rights reserved.
ISBN 0-13-170179-7
Traducción autorizada de la edición en idioma inglés, Principles of electric circuitsporThomas L. Floyd,publicada por Pearson Education,
Inc., publicada como PRENTICE-HALLINC., Copyright ©2007. Todos los derechos reservados.
Esta edición en español es la única autorizada.
Edición en español
Editor: Luis Miguel Cruz Castillo
e-mail: [email protected]
Editor de desarrollo: Bernardino Gutiérrez Hernández
Supervisor de producción: José D. Hernández Garduño
Edición en inglés
Acquisitions Editor:Kate Linsner
Production Editor:Rex Davidson
Design Coordinator:Diane Ernsberger
Editorial Assistant:Lara Dimmick
CoverDesigner:Candace Rowley
Coverart:Getty
Production Manager:Matt Ottenweller
SeniorMarketing Manager:Ben Leonard
Marketing Assistant:Les Roberts
SeniorMarketing Coordinator:Liz Farrell
OCTAVAEDICIÓN 2007
D.R. © 2007 por Pearson Educación de México, S.A. de C.V.
Atlacomulco 500, 5°piso
Col. Industrial Atoto
53519 Naucalpan de Juárez, Edo. de México
E-mail: [email protected]
Cámara Nacional de la Industria Editorial Mexicana. Reg. Núm. 1031.
Prentice Hall es una marca registrada de Pearson Educación de México, S.A. de C.V.
Reservados todos los derechos. Ni la totalidad ni parte de esta publicación pueden reproducirse, registrarse o transmitirse, por un sistema de
recuperación de información, en ninguna forma ni por ningún medio, sea electrónico, mecánico, fotoquímico, magnético o electroóptico,
por fotocopia, grabación o cualquier otro, sin permiso previo por escrito del editor.
El préstamo, alquiler o cualquier otra forma de cesión de uso de este ejemplar requerirá también la autorización del editor o de sus
representantes.
ISBN 10: 970-26-0967-4
ISBN 13: 978-970-26-0967-4
Impreso en México. Printed in Mexico.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 - 10 09 08 07
D
EDICATORIA
Una vez más, a Sheila
Con amor

P
REFACIO
La octava edición de Principios de circuitos eléctricos proporciona una cobertura completa y di-
recta de los fundamentos de componentes y circuitos eléctricos. Explica y aplica las leyes funda-
mentales y los métodos de análisis de circuitos en diversos circuitos básicos. Hace hincapié en
aplicaciones, muchas de las cuales son nuevas en esta edición, y la mayor parte de los capítulos
contiene una sección especial llamada Una aplicación de circuito. Localizaciónde fallas conti-
núa siendo una parte importante de esta edición, y muchos capítulos incluyen una sección espe-
cial dedicada al tema.
Lo nuevo en esta edición
◆ La disposición y el diseño del texto
◆ Archivos Multisim para ejemplos seleccionados
◆ Archivos Multisim 8, además de Multisim 2001 y Multisim 7, para Localización de fallas
y Análisis de problemas
◆ La cobertura de fasores se cambió al capítulo 11, Introducción a la corriente alterna y al
voltaje alternos
◆ La cobertura de números complejos se cambió al capítulo 15, Circuitos RC
◆ Problemas nuevos en la mayor parte de los capítulos
◆ Numerosas mejoras a lo largo del texto
◆ Innovadoras diapositivas en Power Point®para cada capítulo, disponibles en el CD-ROM
anexo
Características
◆ Cada capítulo inicia con un esquema de los temas a tratar, los objetivos del capítulo, una
lista de términos clave, una referencia al sitio Web y una pequeña introducción.
◆ Cada sección comienza con una introducción y sus objetivos
◆ El apartado Unaaplicación de circuitoal final de la mayor parte de los capítulos
◆ Abundantes ilustraciones de alta calidad
◆ Biografías cortas de personajes clave en la historia de la electricidad
◆ Notas de seguridad localizadas en puntos apropiados a lo largo del texto e identificadas
mediante un logotipo especial
◆ Gran cantidad de ejemplos resueltos
◆ Un Problema relacionado en cada ejemplo resuelto con sus respuestas al final del capítulo
◆ Repasos de sección con respuestas al final del capítulo
VI ◆ PREFACIO
◆ La sección Localización de fallasa lo largo de todo el libro.
◆ Un Resumen al final de cada capítulo.
◆ Los Términos clave se definen al concluir cada capítulo y aparecen también en el glosario
general del libro.
◆ Una Lista de fórmulas al finalizar cada capítulo.
◆ Autoevaluación y Respuestas por capítulo.
◆ Un Examen de dinámica de circuitos que pone a prueba la comprensión del estudiante de
lo que sucede en un circuito a consecuencia de ciertos cambios o fallas. Las respuestas se
dan al final del capítulo.
◆ Un conjunto de problemas seccionado en cada capítulo: los más difíciles señalados me-
diante un asterisco. Las respuestas a problemas de número impar aparecen al final del
libro.
◆ Un glosario general con las definiciones de todos los términos clave y los resaltados en ne-
gritas en el texto.
◆ El libro utiliza el sentido convencional de la corriente. (Una versión alterna de este texto
utiliza la dirección del flujo de electrones).
Recursos adicionales para el estudiante
CD-ROM Multisim®: este CD (totalmente en inglés), incluido en cada libro, contiene una
serie de archivos de circuito Multisim citados en el texto; muchos de ellos contienen fallas
ocultas. Todos estos archivos vienen en el CD-ROM en Multisim 2001®, Multisim 7® y
Multisim 8®. Los archivos de versiones actualizadas de Multisim aparecerán en el sitio Web
www.pearsoneducacion.net/floydconforme el fabricante, Electronics Workbench, vaya desa-
rrollándolas.
Estos archivos Multisim se proporcionan para ser utilizados por cualquier usuario que po-
sea programas de cómputo Multisim. Quien no tenga estos programas y desee adquirirlos po-
drá solicitarlos en www.prenhall.com/ewb. Sin embargo, aun cuando los archivos de circuito
han sido creados para complementar lo expuesto en el salón de clases, en el libro de texto y en
el laboratorio, no son indispensables para estudiar los circuitos de cd y ca, ni para el desarro-
llo de este libro.
Sitio Web del libro (www.pearsoneducacion.net/floyd):este sitio Web, también en inglés,
ofrece al estudiante la oportunidad de comprobar su propio progreso y responder preguntas de
exámenes muestra.
Recursos para el instructor (en inglés)
Para tener acceso a los materiales complementarios en línea, los instructores deben obtener una
contraseña. Vaya a www.prenhall.com, haga clic en el vínculo InstructorResource Center, y
luego en Register, para registrarse y obtener la contraseña de acceso de instructor. Dentro de las
48 horas siguientes, recibirá un correo electrónico de confirmación incluyendo la contraseña so-
licitada. Una vez que la tenga en su poder, ingrese al sitio e inicie una sesión para recibir instruc-
ciones completas sobre cómo bajar los materiales que desee utilizar.
Diapositivas en PowerPoint® Un juego completamente nuevo de innovadoras diapositivas en
Power Point®, creado por David M. Buchla, ilustra dinámicamente los conceptos clave presenta-
dos en el texto. Cada diapositiva contiene un resumen con ejemplos, definiciones de términos
clave, y un examen para cada capítulo. Ésta es una herramienta excelente para efectuar una pre-
sentaciónen el salón de clases como complemento del libro de texto. Otra carpeta de diapositivas
incluye todas las figuras del texto a todo color, lo que le resultará muy útil. Todo este material es-
tá disponible en Internet.
PREFACIO ◆ VII
11 INTRODUCCIÓNALACORRIENTE
Esquema
YALVOLTAJEALTERNOS
del capítulo
ESQUEMA DEL CAPÍTULO ◆Osciloscopio ◆Tiempo de subida (tr) Descripción
11–1 La forma de onda sinusoidal ◆Periódico ◆Valor instantáneo
11–2 Fuentes de voltaje sinusoidal ◆Periodo (T) ◆Valor pico previa de
11–3 Valores sinusoidales de voltaje y corriente ◆Pulso ◆Valor pico a pico
Lista de 1111––45 MLae fdóircmióunl aa ndgeu llaa ro dned au nsean oon da seno ◆◆RRaadmiápna ◆◆VVaalloorr prmrosm edio Una aplicación
11–6 Introducción a los fasores ◆Tiempo de caída (tf) ◆Velocidad angular de circuito
objetivos 11–7 Análisis de circuitos de CA
11–8 Voltajes superpuestos de CD y de CA DESCRIPCIÓN PREVIA DE UNA
basados en el 11–9 Formas de onda no sinusoidales APLICACIÓN DE CIRCUITO
11–10 El osciloscopio En la aplicación de circuito, usted aprenderá cómo se
desempeño Una aplicación de circuito mosicdileons csoepñiaol.e s de voltaje en un receptor de AM con un Referencia
OBJETIVOS DEL CAPÍTULO
◆Identificar una forma de onda sinusoidal y medir VISITE EL SITIO WEB RELACIONADO al sitio Web
sus características Auxiliares de estudio para este capítulo están
◆◆DDeetsecrrmibiirn acór mloos dseiv geersnoesr avnal olarse so ndde avso slteanjoe y dhitstppo:/n/wibwlews. penearsoneducacion.net/floyd
corriente de una onda seno
◆Describir las relaciones angulares de una onda INTRODUCCIÓN
◆sAennaoli zar matemáticamente una forma de onda Ecinrc luoist ocsa preítsuisltoisv opsr eccoend ceonrtreise nsete ess ytu vdoilatraojens ldoes cd. Este Introducción
sinusoidal capítulo proporciona una introducción al análisis de
◆Utilizar un fasor para representar una onda seno circuitos de ca en el cual se estudian las señales
◆◆AcDcaope mlrtieecpsraomirsn tilienavnsao trsle evsyo edlste a dcjeeas c ctioorcmtuaoilte ods ebq áucdsei ctaiesn ae nci rtcaunittoos de eoctfilolneuérmdccrttaipúer isnoacen.ta nesE do qnq.eu u Uoaeetcn rcuvaaaaes msr rpeídabñaonilaa a clcnb ooe rndlnaé e scce ,itm lere trilacit eoavnmo eeplrpstaaa otu jrc,enó oe nonvn so lliplalsat atacmerojtneair tcrdoeuioe luc nafonrton earl amela
◆Identificar las características de formas de onda no de onda.
sinusoidales básicas Un voltaje alterno es uno que cambia de polaridad
◆Uontidliaz ar un osciloscopio para medir formas de cstoeondnoo cs)i eelorst sae d lr etaimppioád sem zti.áp sLo acs o fdomerú mfnoa r ymd feau son ndddea amo sneidnnatua srloe ppidoeartqli tu(ioveansda
Términos clave TÉRMINOS CLAVE pcoumedpeune sstears d. eLsac oonmdpau seesntoos eesn u onn tdipaos speenroiódico de
◆◆◆AAArmnmcphóloint uidcdeo sp ulso (tW) ◆◆FFfurreenccduuaeemnncceiinaat a(fl) fsfouinrnumSdseaao m piddoeeann lo et(na ouldn nead n éqa n eusflee aa nssnioesá ) r leedisspepisbiet idecdi eaao lc i ainer nstceuu lr iaivtm oafsolpo rdosme rft aicaj aond.sce .Ti aoanmdbaién
◆◆◆CCFaiiccslleoo de trabajo ◆◆◆GGHreeanrtdezor (a Hdzo)r de función sppmeure elidssnoeitrn,r oftloaad r utemrcli eaaunnss ogdou etdrl aeaolrsn , o dfyosa clr.aim lS odease sce oddxpaieeim ono tinpneda adar ea,e l i svnuiicessluroura aiddl.ie azS asfe ral sayo drees
◆Fasor ◆Onda seno para representar ondas seno.
◆Forma de onda ◆Oscilador
(cid:1) FIGURA P–1
Apertura de capítulo típica.
Manual de recursos para el instructor Incluye soluciones a problemas de cada capítulo, a las
secciones Una aplicación de circuito(ACircuit Application), un archivo de examen, un archivo
de circuito Multisim resumido, y soluciones a ambos manuales de laboratorio. Disponible en el
sitio Web.
Prentice Hall Test Gen Es un banco de exámenes computarizado, disponible en línea.
Ilustración de las características de los capítulos
Apertura de capítulo Cada capítulo comienza como se muestra en la figura P-1. Cada aper-
tura de capítulo incluye número y título de éste, las secciones del texto y objetivos del capítulo,
una lista de términos clave, descripción previa de Una aplicación de circuito, referencia a una
sección del sitio Web y una breve introducción.
Apertura de sección Cada sección incluida en un capítulo inicia con una breve introducción
que describe el tema en general y los objetivos. La figura P-2 muestra un ejemplo.
Repaso de sección Cada sección concluye con un repaso, consistente en preguntas o ejerci-
cios que resaltan los principales conceptos estudiados. La parte superior de la figura P-2 muestra
un ejemplo. Al final del capítulo se dan las respuestas correspondientes.
Ejemplos resueltos y problemas relacionados Alo largo de cada capítulo, numerosos ejem-
plosresueltos sirven para ilustrar y aclarar conceptos básicos o procedimientos específicos. Cada
ejemplo finaliza con un Problema relacionadoque refuerza o amplía el ejemplo al requerir que
el estudiante resuelva otro problema similar. Los ejemplos seleccionados incluyen un ejercicio de
circuito Multisim. La figura P-3 muestra un ejemplo resuelto típico y su Problema relacionado.
VIII ◆ PREFACIO
(cid:2) FIGURA P–2 Cada sección concluye
Apertura típica y repaso de una con preguntas de repaso 178 ◆ CIRCUITOSENPARALELO
sección.
REPASO DE LA 1. Un resistor de 10 Æy uno de 22 Æestán conectados en paralelo a una fuente de 5 V. ¿Cuál
SECCIÓN 6-2 es el voltaje a través de cada uno de los resistores?
2. En la figura 6-10 está conectado un voltímetro a través de R1. El voltímetro lee 118 V. Si us-
ted lo cambia de lugar y lo conecta a través de R2, ¿cuánto voltaje indicará? ¿Cuál es el vol-
taje de fuente?
3. En la figura 6-11, ¿cuánto voltaje indica el voltímetro 1? ¿El voltímetro 2?
4. ¿Cómo están relacionados los voltajes a través de cada rama de un circuito en paralelo?
V2
VS R1 V R2 50 V R1 R2
V1
(cid:1)FIGURA 6–10 (cid:1)FIGURA 6–11
6–3 LEYDELASCORRIENTESDEKIRCHHOFF
La ley del voltaje de Kirchhoff se ocupa de los voltajes presentes en una sola trayectoria ce-
rrada. La ley de la corriente de Kirchhoff es aplicable a corrientes que circulan por múltiples
Cada sección inicia con trayectorias.
Después de completar esta sección, usted debe ser capaz de:
un párrafo introductorio ◆ Aplicarla ley de las corrientes de Kirchhoff
◆ Enunciar la ley de las corrientes de Kirchhoff
◆ Definir el término nodo
◆ Determinar la corriente total sumando las corrientes de cada rama
◆ Determinar una corriente desconocida que circula por una rama
Objetivos de la sección
basados en el desempeño
La ley de las corrientes de Kirchhoff, abreviada a menudo como KCL, por sus siglas en in-
glés, puede ser enunciada como sigue:
La suma de las corrientes que entran a un nodo (corriente total de entrada) es igual a la
suma de las corrientes que salen de dicho nodo (corriente total de salida).
Un nodoes cualquier punto o unión en un circuito donde dos o más componentes están co-
nectados. En un circuito en paralelo, un nodo o unión es un punto donde se juntan las ramas dis-
puestas en paralelo. Por ejemplo, en el circuito de la figura 6-12, el punto Aes un nodo y el punto
Botro nodo. Inicie en la terminal positiva de la fuente y siga la corriente. La corriente total ITque
viene de la fuente entraal nodo A. En este punto, la corriente se divide entre las tres ramas como
se indica. Cada una de las tres corrientes de rama (I1, I2e I3) saledel nodo A. La ley de las co-
rrientes de Kirchhoff establece que la corriente total que entra al nodo Aes igual a la corriente to-
tal que sale del nodo A; es decir,
IT=I1+I2+I3
Ahora, cuando se siguen las corrientes mostradas en la figura 6-12 a través de las tres ramas,
se advierte que regresan al nodo B. Las corrientes I1, I2e I3se encuentran en el nodo Be ITsale
(cid:2) FIGURA P–3
ANÁLISISDECIRCUITOSRESISTIVOSENSERIE-PARALELO ◆ 235
Ejemplo resuelto típico y su Corrientes de rama
Problema relacionado. Cdioann tlea cfoómrmbuinlaa cdieoln deisv diseo ér sdtaes c, osrer ipeunetde,e lcaa llecyu ldaer llaa ccoorrrriieennttee edne cKuiarclqhuhioefrf ,r alam lae yd ed eu nO chimrc,u oit om een-
serie-paralelo. En algunos casos, posiblemente se requiera la aplicación repetida de la fórmula
para encontrar una corriente dada. Los dos ejemplos siguientes ayudarán a entender el procedi-
miento. (Observe que los subíndices para las variables de corriente (I) concuerdan con los subín-
dices de R; por ejemplo, la corriente a través de R1se designa como I1.)
EJEMPLO 7–8 Encuentre la corriente a través de R2y de R3en la figura 7-19.
R1 A
IT 1.0 k(cid:1)
Los ejemplos se ponen VS 22 V 2.2 kR(cid:1)2 3.3 kR(cid:1)3
aparte del texto
(cid:1)FIGURA 7–19
Solución En primer lugar, identifique la relación serie-paralelo. Acontinuación, determine cuánta co-
rriente entra al nodo A. Ésta es la corriente total. Para determinar IT, se debe conocer RT.
RT=R1+R2R2+R3R3=1.0 kÆ+2(2.2.2 k kÆÆ)+(33.3.3 k kÆÆ)=1.0 kÆ+1.32 kÆ=2.32 kÆ
Cada ejemplo contiene un IT=RVST=2.2322 VkÆ=9.48 mA
Problema relacionado ramPaasr ac odmetoer sme idniaor elan c eolr criaepnítteu lao t r6a.vés de R2, aplique la regla del divisor de corriente para dos
pertinente al ejemplo I2=aR2R+3R3bIT=a53..53 kkÆÆb9.48 mA=5.69 mA
Ahora aplique la ley de la corriente de Kirchhoff para determinar la corriente a través de R3.
II3T==IIT2-+II23=9.48 mA-5.69 mA=3.79 mA
Los ejemplos seleccionados Problema relacionado Sa etr caovnése cdteal unnu erevsoi srteosri sdteo r4..7 kÆen paralelo con R3en la figura 7-19. Determine la corriente
Use el archivo Multisim E07-08 para verificar los resultados calculados en este ejemplo y pa-
hacen referencia a un ra confirmar su cálculo en el problema relacionado.
archivo de circuito
Multisim relacionado