INDICE Capitulo 1. Circuitos Eléctricos en Corriente Continua: Conceptos y Fenómenos Capitulo 2. Resistencia Eléctrica. Ley de Ohm

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1 INDICE Prólogo XI Capitulo 1. Circuitos Eléctricos en Corriente Continua: Conceptos y 1 Fenómenos Introducción Conceptos previos Estructura de la materia Estructura de los átomos Comportamiento de los electrones exteriores del átomo Los electrones como base de todos los fenómenos eléctricos Potencial eléctrico Energía potencial eléctrica Potencial eléctrico y diferencia de potencial eléctrico Representación del potencial eléctrico Potencial eléctrico y energía eléctrica Circuito eléctrico Fuerza electromotriz La producción de tensión Medida de la tensión Corriente eléctrica Efectos de la corriente Intensidad de la corriente eléctrica Clases de corriente Densidad de corriente Fuentes de alimentación Valores de tensión de entrada y salida Tipos de tensión que suministra una fuente de alimentación Capacidad de carga Pérdida de un generador: Resistencia interna Conexión de generadores de tensión Pilas galvánicas La pila galvánica: fenómenos químicos, elementos constitutivos Pilas húmedas Pilas secas Pilas de óxido de mercurio Pilas en forma de botón Acumuladores Funcionamiento del acumulador de plomo Fenómenos en procesos de carga y descarga Constitución de una batería de acumuladores de plomo Rendimiento de un acumulador 33 Ejercicios propuestos 34 Prácticas de laboratorio 37 Autoevaluación 40 Procedimientos 41 Actitudes 41 Capitulo 2. Resistencia Eléctrica. Ley de Ohm 42 Introducción 42

2 2.1. Conductancia y resistencia Ley de Ohm Establecimiento experimental de la ley de Ohm Relación entre U e I manteniendo constante R Relación entre E e I manteniendo constante U Medida de la resistencia de un conductor mediante voltímetro y 48 amperímetro 2.5. Resistencia de conductores Relación entre la resistencia de un conductor y su resistividad Relación entre la resistencia de un conductor y su longitud Relación entre la resistencia de un conductor y su sección El óhmetro Resistores lineales fijos Características técnicas generales Tipos de resistores lineales fijos 57 Ejercicios de profundización y refuerzo 59 Ejercicio propuestos 61 Prácticas de laboratorio 62 Autoevaluación 64 Procedimientos 66 Actitudes 66 Capitulo 3. Energía y Potencia de la Corriente Eléctrica 67 Introducción Expresión de la energía y de la potencia de la corriente eléctrica Efecto térmico de la corriente eléctrica. Efecto Joule Calentamiento de un conductor por efecto Joule: temperatura de 69 equilibrio Variación de la resistencia con la temperatura Coeficiente de temperatura Fusibles Características principales de los fusibles Clases de servicio Tipos de fusibles Cálculo de un fusible Potencia, energía y rendimiento de un generador Potencia, energía y rendimiento de un receptor 74 Ejercicios de profundización y refuerzo 75 Ejercicio propuestos 76 Prácticas de laboratorio 77 Autoevaluación 84 Procedimientos 85 Actitudes 85 Capitulo 4. Cálculo de Circuito Eléctrico 86 Introducción Reglas de Kirchhoff Aplicación a un circuito Cálculo de la intensidad de corriente y tensiones en circuitos con 89 fem Cálculo de la resistencia interna de generadores 90

3 Fuerza contraelectromotriz Resistencia en serie y en paralelo: Resiste4ncia equivalente Circuitos mixtos Divisor de tensión Cálculo de la resistencia de escala de voltímetros y amperímetros Caída de tensión en un conductor Cálculo de la sección de un conductor en función de la pérdida de 100 tensión Tabla de carga para conductores Pérdida de tensión en generadores de tensión Circuitos puente: puente de Wheatstone u puente de hilo Resistores variables: potenciómetro, tipos y norma Método auxiliares Principio de superposición Teorema de Thévenin Teorema de Norton 110 Ejercicios de profundización y refuerzo 111 Ejercicio propuestos 115 Prácticas de laboratorio 118 Autoevaluación 120 Procedimientos 122 Actitudes 122 Capitulo 5. La Capacidad Eléctrica 123 Introducción Capacidad de un condensador Unidades de capacidad Aislantes. Constante y rigidez dieléctrica Asociación de condensadores Capacidad equivalente a varios condensadores conectados en 126 serie Capacidad equivalente a varios condensadores conectados en 127 paralelo 5.3. Proceso de carga y descarga de un condensador Energía de un condensador cargado Tipos y clasificación de condensadores Condensadores fijos Condensadores variables Condensadores ajustables Código de marcado Aplicaciones del condensador 134 Ejercicios de profundización y refuerzo 135 Ejercicio propuestos 139 Prácticas de laboratorio 140 Autoevaluación 141 Procedimientos 142 Actitudes 142 Capitulo 6. Instalaciones Eléctricas 143 Introducción Red eléctrica de distribución 144

4 Tipos de redes de distribución Centro de transformación Instalación de enlace de un edificio Definición de instalación eléctrica Partes de una instalación eléctrica Instalación eléctrica de una vivienda Secciones de los conductores empleados en la instalación 155 eléctrica de la vivienda Realizaciones de instalaciones eléctricas básicas Tarifación eléctrica Composición de las tarifas eléctricas Modelo de recibo de energía eléctrica Luminotecnia Naturaleza de la luz Magnitudes luminosas Fuentes de luz Características de fuentes de luz Esquemas de conexión de lámparas Calefacción eléctrica Sistemas de calefacción eléctrica Instalación de aparatos de calefacción eléctrica 181 Prácticas de laboratorio 182 Autoevaluación 189 Procedimientos 189 Actitudes 189 Capitulo 7. Electromagnetismo 190 Introducción Propiedades de los imanes permanentes Aplicación de los imanes Campo magnético El campo magnético de un imán Efectos recíprocos de los campos de dos imanes Flujo magnético. Densidad de flujo momento magnético de un imán Interacción entre una corriente y un campo magnético Fuerza magnética sobre una carga en movimiento Tipos de fuerzas que actúan sobre partículas cargadas Movimiento de una partícula cargada en el campo magnético Fuerza sobre un conductor que transporta una corriente Par de fuerzas sobre espina que transporta una corriente Efecto Hall Campo magnético creado por cargas en movimiento Ley de Biot y Savart Aplicaciones de la ley de Biot y Savart Ley de Ampere Fuerza magnética entre dos corrientes paralelas Introducción electromagnética Experimentos de Faraday 216

5 Ley de inducción de Faraday Fem producida por un movimiento Sentido de una fem inducida: ley de Lenz Inductancia Coeficiente de autoinducción Circuito con resistencia y autoinducción en corriente continua (R L) Energía almacenada en una autoinducción Inducción mutua Propiedades magnéticas de la materia Fenómenos magnéticos de la materia Permeabilidad magnética Interpretación del comportamiento de la materia Intensidad magnética H Curvas de magnetización. Ciclo de histéresis Aplicaciones de los materiales ferromagnéticos Circuito magnético Fuerza magnetomotriz (fmm) y reluctancia (K) 237 Ejercicios de profundización y refuerzo 238 Ejercicio propuestos 241 Prácticas de laboratorio 243 Autoevaluación 244 Procedimientos 246 Actitudes 246 Capitulo 8. Corriente Alterna Corriente alterna. Valores instantáneos y valores efectivos Representación de magnitudes sinusoidales por vectores rotativos o 248 favores Suma de dos funciones sinusoidales de la misma frecuencia Impedancia Variación de la impedancia con la frecuencia Circuitos de corriente alterna con un elemento pasivo Circuito de resistencia pura Circuito con autoinducción pura Circuito con capacidad pura Resumen comparativo de los efectos producidos por cada uno de 258 los elementos del circuito 8.5. Cálculos con números complejos Aplicación de los números complejos al cálculo de circuitos de 262 corriente alterna 8.6. Circuitos en serie con varios elementos Circuito en serie RL Método gráficos Potencia en circuitos con reactancia Circuitos en serie RC Circuitos en serie con RLC Circuitos en paralelo Circuitos en paralelo con resistencia y autoinducción Circuitos RC en paralelo 275

6 Circuitos en paralelo RLC Corrección del factor de potencia Circuitos oscilantes Frecuencia propia de un circuito Resonancia Filtros Filtros RC y RL de paso bajo Filtros RC y RL de paso alto Circuitos de banda de paso o banda de corte 290 Ejercicios de profundización y refuerzo 290 Ejercicio propuestos 294 Prácticas de laboratorio 296 Autoevaluación 301 Procedimientos 302 Actitudes 302 Capitulo 9. Circuitos Electrónicos 303 Introducción Semiconductores Semiconductores intrísencos Semiconductores extrínsecos La unión PN Diodos semiconductores Rectificación monofásica Rectificación trifásica Diodos zener Fuentes de alimentación Comprobación de diodos Resistores no lineales Fotorresistores (LDR) Termistores Varistores (VDR) Transistores Transistores bipolares. NPN y PNP El transistor como interruptor El transistor como amplificador Transistores unipolares Tiristores Amplificadores operacionales Amplificador operacional ideal Circuitos básicos Electrónica digital Principios del álgebra de Boole Operadores lógicos Códigos de marcado de semiconductores 333 Ejercicios de profundización y refuerzo 334 Ejercicio propuestos 335 Prácticas de laboratorio 336 Autoevaluación 339

7 Procedimientos 339 Actitudes 340 Capitulo 10. Máquinas Eléctricas 341 Introducción Definición y clasificación de las máquinas eléctricas Máquinas eléctricas de corriente continua rotativas Constitución general de las máquinas de corriente continua 344 rotativos Principio de funcionamiento de los generadores 346 electromagnéticos Arrollamientos del inducido Polos y tipos de excitación de las máquinas de corriente continua Conmutación Reacción del inducido. Línea neutra en vacía y en carga Curvas características de los generadores de corriente continua Curva característica de tensión de una dinamo con excitación 357 independiente Curva característica de una dinamo con excitación en derivación Curva características de tensión de una dinamo con excitación 359 serie Motores de corriente continua Par electromagnético de una máquina de corriente continua ecuación de la intensidad de un motor de corriente continua Ecuación de la velocidad de un motor de corriente continua Características de funcionamiento de los motores de corriente 363 continua Curva característica de funcionamiento de un motor de corriente 363 continua con excitación en derivación Curva característica de funcionamiento de un motor de corriente 364 continua con excitación en serie Curva características de funcionamiento de un motor de corriente 365 continua con excitación compuesta Máquinas eléctricas de corriente alterna El transformador: definición, utilización y clasificación Constitución del transformador Principio de funcionamiento del transformador ideal en vacío Funcionamiento del transformador real en carga Pérdida de energía en el transformador Rendimiento del transformador Alternadores Construcción de un alternador Fundamento del alternador monofásico Fuerza electromotriz de un alternador Fundamento del alternador trifásico Conexión de las fases de un alternador trifásico Motores de corriente alterna Generalidades sobre los motores asíncronos trifásicos Principio de funcionamiento 385 Prácticas de laboratorio 386

8 Autoevaluación 388 Procedimientos 388 Actitudes 388 Capitulo 11. Medidas de Protección Eléctrica 389 Introducción Efectos de la corriente eléctrica sobre el cuerpo humano Efectos físicos Efectos Fisiológicos Factores que intervienen en el accidente eléctrico Contacto directo e indirecto Tensión de contacto directo Tensión de contacto indirecto Protecciones contra corriente de choque Protecciones contra contactos directos e indirectos Protección contra contactos directos Protección contra contactos indirectos Tipos de fallos Puesta a tierra Definición de puesta a tierra Partes que comprende una puesta a tierra Medida de la resistencia de tierra Primeros auxilios Reanimación 406 Prácticas de laboratorio 407 Autoevaluación 412 Procedimientos 412 Actitudes 413 Apéndice A. Fundamentos de los aparatos de medida 415 Apéndice B. Soluciones a las autoevaluaciones 426 Bibliografía 431 Índice analítico 432