Fundamentos de instalaciones electricas

I'
FUNDAMENTOS DE
INSTAlACIONES-ElECTRICAS

,
FUNDAMENTOS DE
INSTALACIONES.,
ELECTRICAS
JOSEPH H. FOLEY
Volt Information Services, Inc.
Traduccion:
JOSE HERNAN PEREZ CASTELLANOS
Ingeniero Industrial
Profesor Titular, I. P. N.
Revision Tecnica:
JULIO FOURNIER GONZALEZ
Ingeniero Nuclear
ESIME, ESFM, I. P. N.
M. en C. Ciencias Nucleares
Facultad de Quimica, V.N.A.M.
McGRAW-HILL
MEXICO. BOGOTA. BUENOS AtRES • GUATEMALA. LlSBOA • MADRID
NUEVA YORK. PANAMA. SAN JUAN. SANTIAGO. sAo PAULO
AUCKLAND. HAMBURGO • JOHANNESBURGO • LONDRES • MONTREAL
NUEVA DELHI. PARIS. SAN FRANCISCO. SINGAPUR
ST. LOUIS. SIDNEY .TOKIO .TORONTO

l
FUNDAMENTOS DE INSTALACIONES ELt:CTRICAS
Prohlbida la reproducci6n total 0 parcial de esta obra,
por cualquier medio, sin autorizaci6n escrlta del editor.
DERECHOS RESERVADOS © 1983, respecto a la prlmera edlcl6n en espanol por
LlBROS McGRAW-HILL DE MEXICO, S. A. de C. V.
Atlacomulco 499-501, Fracc. Industrial Sn. Andrlls Atoto
53500 Naucalpan de Juarez, Edo. de MlIxico
Miembro de la Camara Nacional de la Industria Editorial, Reg. Num. 465
ISBN 968·451·371·2
Traducido de la primera edici6n en Ingills de
ELECTRICAL WIRING FUNDAMENTALS
Copyright © 1981, by McGraw-Hili International Book Co., U. S. A.
ISBN 0-07-067561-9
2345678901 L.R.-83
Impreso en MlIxico
Esta obra se termin6 de
imprlmir en mayo de 1985
en Litografica Ingramex, S. A.
Centeno 162
Col. Granjas Esmeralda
Delegaci6n Iztapalapa
09810 Mexico, D.F.
Se tiraron 3700 ejemplares
8012346795
Printed in Mexico

NOTA DEL EDITOR
En la traduccion del presentc libra, hemos procurado expresar fielmente el pensamiento del
autor respetando las unidades de medida utilizadas en el texto.
Para conveniencia del !ector, solo se han agregado, donde hemos creido necesario, las
conversiones de las unidades de medida que emplea el autor al Sistema Internacional de
Unidades (SI).
Para seguridad de los usuarios y de los tecnicos que manipulan la electricidad. ser[ln de
particular interes los capitulos 4 y 16. En ellos, el autor nos il ustra sobre 10 que hay que hacer en
casos de accidente y la razon de emplear los sistemas de proteccion a tierra y los sistemas de
control remoto a bajo voltaje.
Existen diferencias entre los materiales y equipos usados en nuestro pais y los que sc
detallan en el texto, 10 mismo que entre n uestros reglamentos y los de Estados Unidos. Dado el
acelerado desarrollo de la industria elCctrica y el uso de nuevos materiales, todas las regIa menta-
ciones estan en constante revision. EI autor recomienda que se mantenga al dia y que consulte
los codigos y reglamentos locales.
v

·CONTENIDO·
PREFACIO x
CAPiTULO 1
ELECTRICIDAD BAsICA 1
Electricidad estatica . Pequeno, mas pequeno, pequenisimo: moleculas, atomos, electrones .. Sistema metrico
internacional . Unidades de medici6n electrica . Ley de Ohm. Conductores y aisladores . Preguntas de repaso.
CAPiTULO 2
CIRCUITOS ELECTRICOS 15
Circuito electrico basico . Potencla electnca (ley de Watt) . Corriente continua. Preguntas de repaso .
CAPITULO 3
CORRIENTE ALTERNA 28
Maquinas de corriente aIterna . Caracteristicas de la corriente alterna . Preguntas de repaso
CAPiTULO 4
INSTALACIONES SEGURAS . SEGURIDAD EN EL TRABAJO 55
El Palacio de la Electricidad . El National Electrical Code (C6digo Nacional Electrico de Estados Unidos) . Los
Underwriters' Laboratories (Laboratorios para Aseguradoras) . Dibujos arquitect6nicos y especificaciones .
C6digos electricos locales . Choque electrico . Dispositivos de seguridad . Conexi6n a tierra para protecci6n . Si
sucede un accidente . Preguntas de repaso
CAPITULO 5
EQUIPO DE PRUEBA Y HERRAMIENTAS 72
Probadores . Medidores . Herramientas con motor. Herramientas de mano del electricista . Herramientas de
mana comunes . Preguntas de repaso
CAPiTULO 6
TRABAJO CON ALAMBRE Y CABLE 91
Alambre y cable . Tamanos de alambre . Materiales conductores . Materiales aislantes . Tipos de cable .
Selecci6n del tamano correcto del conductor y aislamiento del cable. Remoci6n de los aislamientos de los cables
Remoci6n del aislamiento de los conductores . Empalme de conductores . Conexi6n de los alambres a las
terminales . Preguntas de repaso.
vii

CAPiTULO 7
TRABAJO CON CONDUIT 115
Tipos y usos . Tamafios y capacidad de con'lUctores . Conduit rigido e intermedlO . Tuberia electrica metalica (TEM)
Conduit flexible. Conduit no metalico . Instalaci6n del cO!1Juit en los edificios . Instalaci6n de los cond '.ctores en el
conduit. Sustentaci6n de los conductores en tI conduit. Preguntas de repaso
CAPiTULO 8
TRABAJO CON CAJAS ELECTRICAS (REGISTROS) 135
Tipos y usos . Normalizaci6n . Tamafio de las cajas y capacidad de conductores . Instalaciones nuevas y ~'iejas .
Ubicaci6n de las cajas . Montaje de las cajas en obras nuevas. Montaje de las caja~ en obras
viejas . Cajas hermeticas . Preguntas de repaso
CAPiTULO 9
APAGADORES, CONTACTOS Y ARTEFACTOS 154
Conmutaci6n . Tipos de apagadores . Marcas en los apagadores y contactos . Auxiliares para el montaje y
alambrado . Prueba de los apagadores y contactos . Artefactos incandescentes . Artefactos fluorescentes .
Preguntas de repaso
CAPiTULO 10
PROTECCION CONTRA SOBRECORRIENTE 179
Causas de la condici6n de sobrecorriente . Fusibles . Interruptores automaticos de circuito . Protecci6n del circuito
por falla de conexi6n a tierra. Preguntas de repaso
CAPiTULO 11
ENTRADA DE SERVICIO 192
Distribuci6n de potencia de CA . Entrada de serV1ClO . Linea de servicio (acometida) . Portamedidor
Interruptor principal de desconexi6n . Tablero de servicio . Sistemas de e1ectrodos de conexi6n a tierra. Ca1culo
de la carga . Determinaci6n del numero de circuitos derivados . EI medidor electrico . Preguntas de repaso
CAPiTULO 12
COMO USAR LOS DIAGRAMAS ELECTRICOS 218
Dibujos arquitect6nicos . Diagramas electricos . Preguntas de repaso
CAPiTULO 13
ALAMBRADO DE CIRCUITOS BASICOS 227
Circuitos de una sola y de varias tomas de corriente . Circuitos con un solo apagador . Circuitos con varios
apagadores . Instalaci6n de contactos divididos . Planificaclon del alambrado de ramales (circuitos
derivados) . Repaso de los aspectos basicos del alambrado . Alambrado de una casa pequefia . Preguntas de
repaso
viii Contenido

CAPITULO 1.4
PRUEBA Y LOCALIZACION DE FALLAS EN LOS CIRCUITOS BASICOS 253
f) Obras nuevas v viejas . Secuencia de las pruebas . Equipos de prueba . Procedimientos de prueba a baja
:el tension. Procedimiento de prueba ... pleno voltaje . Localizacion de fallas en los circuitos . Preguntas de repaso
CAPITULO 15
INSTALACION ELECTRICA EN EDIFICIOS TERMIl'iADOS 270
Planeacion . Procedimientos especiales . Diagramas de circuitos viejos . Trabajos tipicos en obras vie]as .
Preguntas de repaso
CAPITULO 16
ALAMBRADO DE CIRCUITOS DE BAJA TENSION 290
Transformadores de baja tension. Alambrado de baja tension. Instalacion y alambrado de una antena . Montaje de
una antena . Control remoto . PreguIitas de repaso
GLOSARIO 311
INDICE ANALITICO 317
Contenido ix

rI
·PREFACIO·
Fundamentos de instalaciones electricas presenta al
principiante los materiales y metodos que se aplican en
el alambrado de residencias. Para 10 anterior se requiere
conocimiento previo de la materia.
El material esta organizado en una secuencia que per-
mite al estudiante moverse con confianza a medida que
estudia el tema. Cada capitulo se apoya en el que Ie
antecede, y es su continuacion logica.
La introduccion de cada capitulo describe la manera en
que su contenido puede aplicarse a situaciones practicas
en el alambrado electrico. Cuando resulta apropiado,
esta introduccion tambien relaciona el contenido del
capitulo con otros temas que se encuentran en el libro.
Cada capitulo va seguido por preguntas de repaso. Las
preguntas estan concebidas para reforzar el proceso de
aprendizaje v examinar al estudiante acerca de su com-
prension de las reglas de los codigos y las practicas del
ramo electrico. Las preguntas resumen los puntos princi-
pales que el estudiante debe aprender en cada capitulo;
tambien permiten que el estudiante y el profesor midan el
progreso e identifiquen aquello que requiera mas dedica-
cion. Se pretende que algunas preguntas estimulen el
analisis; otras hacen necesario que el estudiante consulte
el National Electrical Code y las normas y codigos nacio-
nales. El autor cree que los estudiantes deben familiari-
zarse con la organizacion del material en el NEC y los
codigos nacionales y aprender a localizar la informacion.
Por esta razon, se han mantenido en un minimo dentro
del texto las referencias exactas de codigos, con el fin de
inducir a los estudiantes a hacer uso directo del NEC, las
normas y los codigos.
Las unidades electricas de medicion c:'}ue se usan en este
libro son lasrecomendadas por la Metric Guide/or Edu-
cational Materials, publicada por el American National
Metric Council. Sin embargo, en todo aquello no relacio-
x
nado con unidades electricas, en este libro se emplean
medidas tradicionales para conformarse al uso de las
normas y codigos establecidos en los catalogos y folletos
de los principales fabricantes de material electrico.
Laestructura y contenido de este libro han sido exami-
nados con todo cuidado por revisores competentes.
Antes de escribir el texto, un bosquejo detallado dellibro
propuesto fue revisado y aprobado por un grupo de
educadores familiarizados con ias necesidades de la ense-
fianza vocacional. Durante la etapa de preparacion, el
manuscrito y las ilustraciones fueron igualmente revisa-
dos por educadores experimentados. Estamos profunda-
mente agradecidos con todos ellos por su guia y comen-
tarios.
RECONOCIMIENTOS
Muchos fabricantes y organizaciones summlstraron
material impreso e ilustraciones de productos, 10 cual
constituyo la base para las ilustraciones de este libro. En
especial, damos las gracias a Midland-Ross Corporation,
General Cable Corporation, Slater Electric, Inc., Ideal
Industries, General Electric Company, Amprobe Instru-
ments, Square D Company, Underwriters' Laborato-
ries, Inc. y la National Fire Protection Association.
Tambien debemos agradecer a la New York State Divi-
sion of Housing and Community Renewal por el permiso
para usar material del manual de la construccion del
Estado de Nueva York.
Por ultimo, deseo agradecer ami esposa, Christine, sus
valiosas sugerencias editoriales y el cuidado con el que
edito mi manuscrito.
Joseph H. Foley
para Volt Information Sciences
•

1
ElECTRICIDAD
BASICA
~--~- - - - - ~---

• INTRODUCCION •
La energia realiza trabajo.
La electricidad es una forma de energia.
La electricidad puede suministrar luz cuando y donde
se Ie necesite, puede producir calor para calentarnos y
cocinar, y puede hacer que los motures fl!7'.cionen para
efectuar trabajo. La electricidad lIeva a cab') estas tareas
cuando esta bajo control.
Ellector ha visto los rayos cortar el cielo de verano y,
tal vez, daiiar las construcciones 0 producir incendios.
Cuando lIueve con intensidad 0 sopla con fuerza el viento
es posible que haya visto chispazos y relampagos salir de
las !ineas de energia electrica. De cuando en cuando
probablemente haya sentido un ligero pero desagradable
choque al tocar un aparato electrico. Estas son solo unas
cuantas de las cosas que suceden cuando la electricidad
esta fuera de contro!'
Bien diseiiados y correctamente instalados, los siste-
mas electricos mantienen a la electricidad bajo control.
Un buen sistema electrico tambien conserva la energia.
Cuando el alambre, cable, interruptores, artefactos y
tomas de corriente se usan con propiedad, cuando se
evitan las practicas antieconomicas en las instalaciones
electricas, la energia electrica actua eficientemente al
necesitarla. La mejor manera de aprender a realizar un
trabajo efectivo y seguro, con la eIectricidad es saber
primero que es esta ultima y como se comporta.
Todos podemos ver que hace la electricidad, pero no
podemos ver a la propia electricidad. A pesar de elIo,
para saber como se comporta la electricidad, debemos
aprender a pensar en ella como si pudieramos verla. Por
fortuna, la mejor explicacion de la energia electrica, la
teoria electr6nica es facil de comprender. Esta teoria
ayuda a formar imagenes en la mente de la forma en que
fluye la electricidad, que la hace fluir y que la hace dejar
de fluir. Este capitulo informa allector acerca de la teoria
electronica. Lealo con cuidado; Ie ayudara a comprender
la electricidad y las reglas de las instalaciones electricas
que los electricistas deben conocer.
ELECTRICIDAD ESTATICA
Se pueden utilizar los principios de una forma de la
energia, lIamada "electricidad estatica", con el fin de
demostrar como actuan las cargas electricas. La electrici-
dad estatica es la energia que, por ejemplo, provoca el
choque que sentimos al tocar la manija de la puerta de un
automovil, despues de deslizarnos frotandonos contra el
asiento. Tambien es electricidad estatica la energia que
hace que cierta ropa se pegue al cuerpo.
2 Fundamentos de Instalaciones Electricas
Para demostrar 10 anterior, se utilizaran materiales
simples que generan pequeiias cargas estaticas. A conti-
nuacion se transferiran estas cargas a pequeiios trozos de
material ligero. En s"guida se hara yue estos trocitos de
material se muevar:, sin que se aplique a ellos fuerza
visible alguna. Al observar la manera en que se mueven
los trocitos de material, podemos aprender algo sobre
como actuan todas las cargas eiectricas.
La electricidaJ estatica se puede demostrar con
muchas clases diferentes de material, algunos de los cua-
les ~e enumeran a continuacion.
1. Dos bolitas de pasta de papel suspendidas por un
hila en dos soportes movibles.
2. Materiales generadores estaticos. Un juego consta
de una barra de vidrio y un trozo de tela de seda;
el otro, de una barra de caucho duro y un trozo
de piel peluda.
Para obtener los mejores resultados, la demostracion
se debe hacer en un dia seco (no humedo 0 lIuvioso).
E!ijase una zona protegida contra corrientes de aire que
podrian afectar los resultados.
Ahora siganse los pasos que se indican a continuacion.
Paso 1. Coloquense los soportes con las bolitas colga-
das, sobre una mesa. Dejese entre ellos una distancia de
aproximadamente un pie (30 cm).
Paso 2. Frotese la barra de vidrio con rapidez contra el
trozo de tela de seda durante 15 0 20 segundos.
Paso 3. Sostengase la barra cerca de una de la bolitas de
papel. La bolita oscilara hacia la barra y se pegara a ella.
Paso 4. Alejese la barra lentamente hasta que el tiron de
la bolita sea leve y cuelgue libre. En el paso 2 se genero
una carga estatica sobre la barra de vidrio. En el paso 3se
transfirio esta carga a una de las bolitas.
Paso 5. Frotese la barra de caucho contra la piel (Fig.
I-I).
Paso 6. Sostengase esta barra cerca de la otra bolita. La
bolita oscilara hacia la barra y se pegara a ella.
Paso 7. Alt!jese la barra de modo que la bolita cuelgue
libremente. En el paso 5 se genero una carga estatica
sobre la barra de caucho. En el paso 6 se transfirio esta
carga a la bolita.
Paso 8. Acerquense los soportes uno al otro con las
bolitas colgando. A medida que los soportes se aproxi-

les LOS DOS MATERIALES SON ELE:CTRI-
Iti- CAMENTE NEUTROS. EL MISMO
de NUMERO DE + Y DE -
de
za
en
re
In
1-
n BARRA DE CAUCHO
DESPUE:S DE FROTAR, LA BARRA DE CAUCHO TIE-
NE MAs - QUE +
CUANDO SE USAN UNA BARRA DE VIDRIO Y TELA DE
SEDA, LA BARRA DE VIDRIO TIENE MAs + QUE-
Figura I-I. Producci6n de carga estatica por fricci6n.
man entre Sl, las bolitas oscilaran una hacia la otra. Al
aproximarse 10 suficiente, se tocanin (Fig. 1-2).
Las cargas estaticas de las dos clases se pueden repre-
sentar por los signos positivos (+) y negativo (-). Los
materiales usados para generar las cargas hicieron que
cada barra tuviera una carga diferente. La barra de vidrio
se cargo positivamente y la de caucho se cargo negativa-
Figura 1-2. Bolitas de pasta de papel que se atraen entre Sl.
BOLITAS DE PAPEL
LAS CARGAS NEGATIVAS SE MUEVEN DE LA BOLITA HACIA
LA BARRA
BARRA DE VIDRIO
BOLITA DE PAPEL
ENTONCES LA BOLITA TIENE CARGA POSITIVA
BOLITAS DE PAPEL
LAS CARGAS NEGATIVAS SE MUEVEN DE LA BARRA HACIA
LA BOLITA
BARRA DE CAUCHO
BOLITA DE PAPEL
ENTONCES LA BOLA TIENE CARGA NEGATIVA
Figura 1-3. Transferencia de la carga estatica hacia las bolitas
de papel: a) usando la barra de vidrio; b) usando la barra de
caucho.
Eleel ricidad basica J

r
mente. Estas cargas se transfirieron a las bolitas (Fig.
1-3). Al recibir cargas opuestas, las bolas se atrajeron
entre si. Esto demuestra una ley electrica basica: cargas
contrarias se atraen.
Usense ahora los mismos materiales para llevar a cabo
estos pasos:
Paso 1. Toquese con el dedo cada una de las bolitas
durante un instante. Esto elimina las cargas aplicadas con
anterioridad y ahora las bolitas estan descargadas.
Paso 2. Coloquense los soportes tan cercanos entre si
como sea posible.
Paso 3. Frotese la barra de vidrio contra el trozo de
tela de seda para recargaria.
Paso 4. Toquese una de la bolitas con la barra de
vidrio, inmediatamente separese la barra. Recarguese la
barra y toquese la segunda bolita.
Paso 5. Las bolitas oscilaran alejandose una de la otra
tanto como sea posible. Muevanse los soportes uno alre-
dedor del otro; las bolas oscilanin en todas direcciones,
evitandose entre si (Fig. 1-4).
Figura 1-4. Las bclitas de papel se repelen entre si.
En esta ocasion, a las dos bolitas se les dio la misma
carga y se repelieron mutuamente. Esto demuestra la otra
parte de esta ley basica: cargas iguales se repelen.
En la seccion que sigue, cuando se yea de que estan
hechos los atomos, el lector aprendera que significado
tienen las cargas positiva (+) Ynegativa (-) y que fuerza es
la que provoca que las bolitas se muevan.
4 Fundamentos de instalaciones electricas
.PEQU~,NO, MAS PEQUENO,
PEQUENISIMO: MOLECULAS,
ATOMOS, ELECTRONES·
EI mundo en que vivimos esta hecho de muchos millo-
nes de cosas diferentes que ocupan espacio y tienen peso.
EI nombre generico para todaf estas cosas es materia. La
materia inc1uye: los edificios en los que vivimos y trabaja-
mos, la ropa que usamos, los automoviles que conduci-
mos, el aire que respiramos, el agua que bebemos, inc1uso
nuestros propios cuerpos. Todo, ya sea solido 0 gaseoso
es materia.
Por diferentes que parezcan todos los materiales que
nos rodean, los cientificos han establecido que todas las
cosas de nuestro mundo estan en realidad constituidas
por un grupo relativamente pequeno de bloques basicos
de construccion de la naturaleza. Por medio de acciones
fisicas y quimicas en los laboratorios, todas las sustan-
cias, sean solidas, Jiquidas 0 gaseosas, se pueden descom-
poner en pequenas particulas cada vez mas pequenas.
Este proceso de separar las sustancias en pequenas parti-
cuias se puede continuar hasta obtener la particula mas
pequena, la cual todavia conserva todas las caracteristi-
cas quimicas de las porciones mas grandes de la sustan-
cia. Esta pequenas particulas se llaman moleculas (Fig.
1-5).
Una vez que se descubrio la diminuta molecula, los
hombres de ciencia se hicieron la pregunta: l.Que encon-
tramos si rompemos las moleculas en particulas todavia
mas pequenas? Se idearon procesos quimicos para rom-
per las moleculas y se encontro que estas estaban forma-
das por otra c1ase de particula mas pequena, a la que se
dio el nombre de atomo.
Algunas moleculas contenian varios atomos diferen-
tes. Por ejemplo, cosas como la madera, el caucho, el
agua y los plasticos se encontraban en este grupo (Fig.
1-6). Sin embargo, las moleculas de algunas otras sustan-
cias solo contenian un atomo. EI cobre, el oro, el hierro y
'!I azufre estaban en este grupo.
Se encontro que solo existian alrededor de 100 c1ases
diferentes de moleculas de un solo atomo. Las moleculas
de todas las demas sustancias en el mundo contienen
diversas combinaciones de estos atomos.
Aquellas sustancias cuyas moleculas solo contienen un
atomo se llaman elementos. Todas las cosas de nuestro
mundo que tienen peso y ocupan espacio estan compues-
tas por combinaciones 0 mezc1as de estos elementos
diferentes.
Los atomos son tan pequenos que incluso es dificil
imaginarios. la pizca mas diminuta de materia que pueda
verse contiene billones y billones de ~itomos. Los micros-
copios mas poderosos no pueden hacer que los atomos se
-

0-
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o
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s
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vean; empero, sabemos mucho acerca de ellos y de su
. estructura.
Lo que sabemos de la estructura del atomo se basa en
una teona, que se ha probado de muchas maneras especta-
/
/6 ;6
6 6 6 6 6 6 6 6
AAAAAIIA666 6 666 6 6 6 6 6 6 6 6 6
... Y AS; SUCESIVAMENTE HASTA UNA MOL~CULA
Figura 1-5. Division de una gota de agua.
ATOMOS DE HIDROGENO
ATOMO DE OXiGENO
Figura 1-6. Los ;homos de hidrogeno y oxigeno se combinan
para formar una molecula de agua.
culares. La mas espectacular es la explosion atomica. EI
hecho de que ocurra este tipo de explosiones es una
prueba de la teoria de la estructura atomica. Otra prueba
es el uso de la energia atomica en las plantas de genera-
cion electrica.
,De que estan hechos los atomos?
Los atomos constan de tres c1ases de particulas que se
mantienen unidas por una fuerza natural. La fuerza, una
forma de ener~ia que enlaza las particulas atomicas, es la
verdadera fuente de energia eiectrica.
Las tres particulas del atomo son los neutrones, proto-
nes y electrones. Los neutrones y protones se agrupan en
el centro del atomo para formar un nuc1eo. Los electro-
nes se mueven en trayectorias circulares (llamadas orbi-
tas), alrededor del nuc1eo (Fig. 1-7). Cada una de las tres
particulas del atomo tiene peso, pero los electrones son
los mas ligeros. Se necesitarian 1840 electrones para igua-
lar el peso de un proton 0 de un neutron.
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Figura 1-7. Modelo atomico.

J
/
ELECTRONES
EN ORBITA
NUCLEO
Los neutrones contribuyen al peso del atomo, pero no
lIevan carga electrica. Los neutrones desempeiian un
papel muy importante en el trabajo de liberar y controlar
la energia encerrada en los atomos. De hecho, la palabra
que mas escuchamos en relacion con la energia atomica,
energia nuclear, se refiere al neutron y al nuc1eo del
atomo. Sin embargo, las fuentes de la energia electrica
son el proton y el electron, por consiguiente nos interesa-
remos en estas particulas.
Con esta imagen del atomo en mente, repasemos el
experimento descrito al principio de este capitulo. EI •
experimento nos mostro como se podia generar por fric-
cion una forma de electricidad, lIamada electricidad esta-
tica 0 carga estatica.
Electricidad basica 5

Los materiales que se cargan por friccion son aquellos
cuyos :itomos pueden ceder electrones al frotar su suptr-
ficie. EI calor y el movimiento de frotamiento transfiere
electrones de uno de los materiales al otro. Cuando esto
sucede, se tienen algunos :itomos en una de las superficies
a los que les faltan electrones, y existen algunos :ltomos
en la otra superficie a los que les sobran electrones.
Cuando la barra de vidrio se froto contra la seda, los
electrones se movieron de la barra ala seda. Esto procovo
una escasez de electrones en la barra de vidrio. Frotar la
barra de caucho contra la piel hizo que los electrones se
movieran de la piel a la barra. Esto trajo como conse-
cuencia un superavit de electrones en la barra. Entonces,
la energia que enlaza a los atomos ejerce una fuerza con el
fin de restablecer el equilibrio natural. Esta es la fuerza
que hizo que las bolitas se atrajeran entre si en el primer
experimento (Fig. 1-8a).
a)
b)
Figura -8. Cargas estaticas: a) las cargas opuestas hacen que
las bolitas se atraigan; b) las cargas iguales hacen que las bolitas se
repelan.
_,,__________AL_
Se genera la fuerza porque dos de las particulas, los
protones y los electrones, tier.en cargas elt!ctricas opues-
tas. La carga del proton es positiva y se ITlJestra como +;
la del electron es negati'i3 y se muestra como -. Los
simbolos + y,- representan cargas contrarias y la atrac-
cion que muestran se enuncia como la ley electrica de que
"cargas contrarias se atraen".
La segunda parte del experimento con electricidad
estatica mostro como, cuando se aplic6 la misma carga,
se provoc6 que las bolitas se repelieran. Al cargar los
l11ateriales se gener6 una carga positiva (+) en cada una de
elias y, a continuaci6n se aproximaron (+) y (+); al
hacerlo, se vio que existi? una fuerza que intentaba man-
tener separados a estos materiales (Fig, 1-8b). Esta es
una demostraci6n de la segunda parte de esa importante
ley electrica: "cargas iguales se repelen".
La fuerza natural que hace a las cargas contrarias
atraerse y a las iguales repelerse es la fuente de toda la
energia electrica. No s610 la energia generada por los
materiales que se frotan uno contra el otro, sino toda la
energia electrica, sin importar c6mo se genere.
Hemos aprendido que existen solo alrededor de cien
tipos diferentes de atomos, un tipo para cada ele'mento.
Ahora sabemo,s que todos los atomos estan compuestos
de tres particulas diferentes. Entonces, l.en que difieren
los atomos de elementos diferentes? S610 difieren en el
numero de particulas que cada uno contiene.
Todos los neutrones son iguales, todos los protones
son iguales, todos los electrones son iguales. Pero estan
unidos en numeros diferentes para formar los diferentes
elementos. Por ejemplo, un atomo de hidrogeno, la sus-
tancia mas ligera que se conoce, s610 contiene un proton y
un electr6n; un atomo de cobre tiene 29 protones en el
nueleo y 29 electrones en 6rbitas alrededor de el (Fig.
1-9). Cuando nada perturba el equilibrio, el numero de
electrones y protones en cualquier atomo es exactamente
el mismo. Por 10 tanto, las cargas positivas son exacta-
mente iguales a las cargas negativas y el atomo es electri-
camente neutro.
--,
" "I
(0$ . /
" '"-_/
Figura 1-9. Atomos de hidrogeno y de cobre.

La fuerza que mantiene a los ,itomos juntos es la
atraccion entre los protones positivos del nueleo y los
electrones negativos que 10 rodean. Recuerdese, el
numero de cargas positivas y el de cargas negativas son
iguales, y cargas opuestas se atraen.
Electrones libres
Debido a que la carga positiva esta concentrada en el
nuc1eo, en tanto que la carga negativa total esta consti-
tuida por muchos electrones en orbita, estos tienden a
permanecer a distancias fijas del nueleo, conforme giran
alrededor de el. Sin embargo, para mantener el equilibrio
apropiado, algunos electrones describen sus orbitas cerca
del nueleo y otros mas lejos. Se puede imaginar a los
electrones cercanos al nueleo como si estuvieran encerra-
dos en el atomo. Se necesitaria una fuerza tremenda para
desalojar estos electrones. Los electrones que se encuen-
tran en orbitas mas alejadas del nueleo no estan encerra-
dos con tanta intensidad; estos electrones reciben el
nombre de electrones fibres. Pueden pasar de un atomo a
otro en forma aleatoria (Fig. 1-10). Si se pudiera forzar
a todos 0 a la mayor parte de los electrones libres de algun
material a que se amontonen en el mismo punto, ese
punto pronto tendria un superavit de electrones. En vir-
tud de que los electrones tienen carga negativa, un supe-
nivit de electrones es otra manera de decir que ese punto
tendria una carga negativa. Por supuesto; si se tiene un
superavit de electrones en un punto, debe haber un deficit
de los mismos en otro punto. Entonces, este segundo
punto tendria una carga positiva, porque la carga posi-
tiva del nueleo no estaria compensada por una carga
negativa equivalente.
Figura I-lD. Electrones libres (desplazamiento aleatorio).
Lo antes descrito es basico para comprender la electri·
cidad. Si alguna fuerza hace que los electrones libres de
un material se muevan en una direcci6n, se pueden crear
dos puntos que tienen cargas electricas opuestas (Fig.
1-11). EI punto hacia e1 cual se mueven los electrones se
1JIj- . - -i-------------- --------------------------------------_._--------------
Figura 1-11. Electrones libres (desplazamiento no aleatorio).
convertira en el punto negativo; aquel del cuallos electro-
nes se alejan se convertira en el punto positivo.
Este movimiento de electrones y las cargas que resultan
son 10 que constituyen la energia electrica (Fig. 1-12). Los
hechos principales que deben recordarse de 10 visto en
esta seccion son:
1. Toda sustancia, ya sea liquida, solida 0
gaseosz, esta compuesta por atomos.
2. Los atomos contienen particulas llamadas pro-
tones que tienen una carga positiva y particulas
llamadas electrones que tienen una carga negativa.
3. Los protones estan agrupados en el centro del
atomo, los electrones describen orbitas alrededor del
centro.
4. En los atomos de algunos materiales, los elec-
trones que se encuentran mas alejados del centro
s610 estan ligados de manera ligera al atomo y
pueden moverse de su atomo propio hacia otro
cercano.
5. Si todos 0 la mayor parte de los electrones
libres de algun material se pueden forzar a derivar
en una direccion, el punto hacia el cual se mueve
adquirira una carga negativa, y el punto que dejan
adquirira una carga positiva.
Decir que dos puntos tienen cargas positiva y negativa,
respectivamente, es otra manera de decir que existe una
fuerza entre ellos. La fuerza es una forma de la energia
almacenada en los atomos. La fuerza tiende a restablecer
el equilibrio natural de electrones y protones en el atomo.
Esta fuerza se conoce como voltaje (0 tension). Entre
mayor sea el desequilibrio entre protones y electrones
(entre mayor sea el numero de atomos que han perdido
electrones), mas intensa sera la fuerza, es decir, mayor
sera el voltaje entre los dos puntos cargados (Fig. 1-13).
Si se suministra una trayectoria [acil para que los
electrones se muevan hacia los protones, los electrones
seguiran ese camino. EI movimiento de los electrones a 10
largo de esta trayectoria se llama flujo de corriente. EI
numero de electrones que se mueven depende de la fuerza
(voltaje) que este actuando sobre ellos y de la facilidad
con la que puedan moverse a 10 largo de la trayectoria. Si
los electrones se pueden mover con libertad a 10 largo de
la trayectoria, el flujo de electrones sera intenso, aun
cuando la fuerza que actue sobre ellos sea pequeiia.
Si la trayectoria que siguen los electrones les permite
moverse con libertad, se puede deci'r que la trayectoria
ofrece una resistencia "baja". Lo contrario tambien se
cumple. Si los electrones no se pueden mover con facili-
dad, la trayectoria ofrece resistencia "alta". Cuando la
trayectoria ofrece una resistencia alta, el flujo de electro-
nes sera ligero, aun cuando la fuerza (voltaje) aplicada
sea alta (Fig. 1-14).
1II

L
.............. MATERIA
~ .....--~~~~.
MUCHAS
MOLtCULAS
•
MATERIA VISIBLE
UNA SOLA
MOLtCULA
COMPUESTO
UN SOLO
ATOMO
r
I
I
I
I
I
~I
I
I
I
I
I
I
...
ELECTRONES
e e
e e e
e e
e e e
NEUTRONES
(UN CUMPUESTO ES UNA MOLtCULA QUE CONTI ENE ATOMOS DE l:JNA CLASE)
Figura 1-12. Ruptura de la materia en particulas electricas.
FUERZA DtBIL
DESEQUILIBRIO PEQUENO
a)
FUERZAINTENSA
DESEQUILIBRIO GRANDE
b)
Figura I-B. Desequilibrio de electrones: a) ligero; b) intenso.
Todas las afirmaciones hechas acerca del voltaje,
corriente y resistencia sugieren que la fuerza electrica, el
flujo de electrones y la facilidad del movimiento de los
mismos estan intimamente relacionados. Un poco mas
adelante, en la ley Ohm, veremos como funciona esta
relacion. Antes de hacerlo, debemos considerar como se
pueden describir en numeros estas importantes caracteris-
ticas electricas.
.SISTEMA METRICO
INTERNACIONAL·
Durante cerca de 200 aiios se han estado aplicando
diversas formas del sistema metrico. En 1960 se estable-
cio un moderno sistema simplificado. En la actualidad,
este sistema es ellenguaje internacional estandar de medi-
cion, abreviado: SI. Desde hace mucho tiempo, las unida-
des de medicion electricas basicas se han expresado en
terminos metricos, de modo que se requieren pocos cam-
bios en este sentido para conformarse al nuevo estandar
metrico.

a RESISTENCIA BAJA
b RESISTENCIA ALTA
Figura 1-14. Resistencia al flujo de electrones: a) ligera; b)
intensa.
Convertir los tamafios y unidades de medici6n de los
productos y materiales elcctricos a los nuevos tamaiios y
unidades implica un gasto considerable para los fabri-
cantes. Por esta raz6n, en este campo, el cambio a unida-
des metricas se efectuani con lentitud. Es probable que
por algun tiempo los fabricantes de articulos y materiales
electricos conservanin los tamafios actuales de los pro-
ductos, pero tal vez incluyan equivalentes metricos en los
paquetes y catalogos.
En este libro se usan unidades y notaci6n metricas para
todas las cantidades electricas. Para los productos y
materiales electricos se utilizan las unidades, abreviatu-
ras y nombres estandar en el ramo. Cuando se presenta el
caso de que una unidad 0 termino metrico reemplace
final mente al termino comercial usual, esta unidad nueva
se explicani en el texto.
• UNIDADES DE MEDICION
ELECTRICA.
Para describir la cantidad de una fuerza 0 sustancia,
primero se debe definir una unidad de la fuerza 0, una
unidad de la sustancia. Para poder medir y trabajar con
corriente, resistencia y voltaje, se debe definir una unidad
de corriente, una unidad de resistencia y una unidad de
voltaje.
La corriente es flujo de electrones. Por tanto, se nece-
sita definir una unidad de flujo. Una definici6n de flujo
debe incluir alguna unidad de tiempo, como en galones
por hora 0 litros por segundo. Entonces, una unidad de
corriente se puede definir como el movimiento de cierto
numero de electrones en una cantidad dada de tiempo.
Algunas cosas se definen mejor ooservando el efecto
que producen. Por ejemplo, la temperatura del aire pro-
voca mas 0 menos dilataci6n en la columna de mercurio
de I!n termometro. Al dividir la columna en unidades
iguales se pueden definir los cambios de la temperatura
en grados. La resistencia al flujo de electrones en cual-
quier material eleva la temperatura de este. Se puede
definir una unidad de resistencia en terminos de la canti-
dad de calor generada en el material por el tlujo de una
unidad de corriente.
Si se puede definir una unidad de corriente y una de
resistencia, se puede definir la tercera caracteristica, el
voltaje, en terminos de aquellas dos.
La definicion de cada una de las unidades de energia
electrica marcaron importantes avances en la Fisica y,
como consecuencia, a las unidades se les dio el nombre de
sus descubridores.
Medicion de la corriente
La ll~ de medicion pant el flujo cJe electrones, 0 i'
corriente electrica, es el amper~ La unidad recibio el
nombre en honor del cientifico frances· Andre Marie
Ampere, quien vivio de 1775 a 1836 y realizo muchos
descubrimientos importantes acerca del flujo de electro-
nes. Am ere difini6 una unidad de corrieme como U
flujode' :000'000 000 000 000 eteetrQIP:s que pasan 'f
P~;.' ·,.,·:'·~'~··• •9(F~g. 1-15): Se necesita ese
num n .grande para medu el fluJo de electrones
porque la carga electrica en cada electron es pequefia yse
deben mover muchos de ellos para hacer que la carga
electrica combinada sea 10 suficientemente grande como
para medirse. Es posible que ellector yea ese numero de
electrones escrito como 6.25 X 1018
• El termino 1018
es
simplemente una manera abreviada de escribir el uno
seguido de dieciocho ceros. Seis y un cuarto multiplicado
por un uno, seguido de dieciocho ceros dara el numero
que se mostro con anterioridad.
Esta gran cantidad de electrones se conoce como cou-
lomb. Sin embargo, la unidad practica de flujo de
corriente que se usa en el trabajo electrico es el ampere.
La abreviatura estandar para representar el ampere es A.
En matematicas, cuando se hace mencion al flujo de
corriente como una caracteristica electrica, se usa el sim-
boiol. En este contexto, I tiene el significado de intensi-
dad del flujo. No debe confundirse esto con A, que
representa unidades de flujo.
Medicion de la resistencia
l.,a unidad para medir la resistencia es el ohm. Se Ie dio
este nombre en honor de Georg Simon Ohm, fisico ale-
man que vivio de 1787 a 1854. La unidad de resistenciaes
I'

~--
1 AMPERE = 6 250000000000000000 ELECTRDr-JES
QUE PASAN POR ESTE PUNTO EN
UN SEGUNDO
Figura 1-15. Flujo de electrones y tiempo.
en realidad una medida de calor. Cuando la resistencia se
opone al flujo de electrones, la temperatura del material
por el que estan fluyendo los electrones se eleva, es decir,
se calienta (Fig. 1-16). Todos los materiales por los que
pueden fluir electrones ofrecen derta resistencia. La
resistencia puede ser muy pequeoa, pero nunca es cero.
Ohm definio una pequeoa unidad de calor* y propuso
que cualquier material cuya temperatura pudiera ele-
varse en esa cantidad por el flujo de un ampere tendria
una unidad de resistencia. En este libro, cuando se men-
cionan en el texto 0 se muestran en las figuras las unida-
des de resistencia, siempre se utiliza la palabra ohm. EI
simbolo metrico para los ohms es n, una letra griega
Hamada omega. Con frecuencia, el lector vera este sim-
bolo usado en los productos y dibujos para representar la
resistencia electrica. Cuando se menciona la resistencia
como una caracteristica electrica -como en matemati-
cas- se usa el simbolo R.
Medici6n del voltaje
L~.~Q,',Q.u;tpara medir la fuerza que existe eotrCil PlHltOS
positi¥9S y,n~iv,os> es el vall. Esta unidad tambien
recibio su nombre por un antiguo experimentador, el
Conde Alessandro Volta, quien vivi6 y trabajo en Italia
(1745-1827). EI volt es la cantidad de presion requerida
para hacer que I ampere de corriente fluya a traves de una
resistencia de I ohm (Fig. 1-17). EI volt es una unidad de
presion electrica provocada por una diferencia en el
potencial electrico. La abreviatura estandar para los volts
es V. EI simbolo V es el preferido, en matematicas, para el
voltaje (0 tension) como una caracteristica electrica. Es
posible que el estudiante vea el simbolo E usado para el
voltaje en algunos textos matematicos. A veces al voltaje
se Ie da el nombre de "fuerza electromotriz", 0 fern, por
consiguiente se usa E como simbolo. En la actualidad el
simbolo E resulta anticuado.
'La pequeiia unidad de Ohm era aproximadamente igual a la cuarta parte de una
caloria. Una calori", es el calor requerido para elevar la temperatura de I gramo de
agua en IQC.
TEMPERATURA BAJA
RESISTENCIA BAJA
TEMPERATURA ALTA
RESISTENCIA ALTA
Figura 1-16. Resistencia y calor.
Medidas mas grandes 0 mas pequeiias
La cantidad de voltaje, de flujo de electrones y de
resistencia que se usa en la practica es a menudo dema-
siado grande 0 demasiado pequeoa como para que se
enuncie de manera conveniente en las unidades: volts,
amperes y ohms. Con el fin de resolver este problema, se
agregaron prefijos a las unidades basicas. Los prefijos
P!

Figura 1-17. Un ampere que pasa a traves de un ohm es igual a
un volt.
se colocan antes de (0 delante de) las palabras para
cambiar su significado. Existen muchos prefijos posibles
que se pueden usar, peroen las instalaciones electricas los
mas comunes son los que se presentan en la figura 1-18.
1000 x VOLT = 1 KILOVOLT
1/1000 AMPERE = 1 MILIAMPERE
1000000 x OHM = 1 MEGOHM
1 000 x OHM = 1 KILOHM
Figura 1-18. Prefijos como multiplicadores.
Volts
Se utilizan grandes voltajes para transportar la poten-
cia por las lineas de transmisi6n a traves de las cuales las
compaiiias suministran el servicio. Estos voltajes son tan
grandes que resulta mas facil hablar en terminos de 1000
volts que de 1 volt. El prefijo que significa 1 000 es kilo.
Por tanto, la afirmacion "es una linea de 12 kilovolt"
significa "el voltaje (0 tension) de la linea es de 12 000
volts". Kilovolt se abrevia kV.
Amperes
Bajo ciertas condiciones, se pueden presentar cantida-
des muy pequefias de flujo de electrones en las instalacio-
nes electricas. Para este tipo de situaciones es conveniente
dividir el ampere en mil partes. El prefijo para cada una de
estas partes es el de mili. El decir "8 miliamperes" signi-
fica "ocho milesimas de un ampere". Miliampere se abre-
via rnA.
Ohms
Muchos dispositivos electricos ofrecen una gran resis-
tencia al flujo de electrones; por tanto, la palabra ohms
necesita un p~·efijo para dar a entender una gran cantidad.
En las conversaciones el estudiante escuchara el termino
megohm. EI prefijo mega significa un millon. La afirma-
cion "ese aislamiento resulta bueno para 50 megohms"
significa "ese aislamiento ofrece una resistencia de 50
millones de ohms al flujo de electrones". La abreviatura
estandar para la resistencia electrica-Q- se puede combi-
nar con los prefijos metricos para representar miles de
ohms -krl- 0 millones de ohms -MQ. - Estos simbolos .
se usan principalmente en los dibujos electricos.
-LEY DE OHM-
La relacion entre el voltaje, la resistencia y el flujo de
corriente fue descubierta hace mucho tiempo porel fisico
en cuyo honor se dio el nombre a la unidad de resistencia.
El anunci6 las formas en las que la corriente, el voltaje y
la resistencia se afectan entre si, en una ley basica de la
electricidad que guarda su nombre, la ley de Ohm.
La ley de Ohm afirma que existe una sencilla relacion
matematica entre las tres caracteristicas de la electrici-
dad. Cuando existe una fuerza (voltaje) entre dos puntos
y se crea una trayectoria (resistencia) para el flujo de
electrones (corriente), el voltaje hara fluir la corriente y la
relacion entre las tres caracteristicas, enunciada en pala-
bras, sera:
1. El voltaje en volts sera igual al flujo de electrones en
amperes multiplicado por la resistencia en ohms.
2. El flujo de electrones en amperes sera igual al voltaje
en volts dividido entre la resistencia en ohms.
3. La resistencia en ohms sera igua al volta)e en volts
dividido entre el flujo de electrones en amperes.
Utilizando los simbolos V para el voltaje, Ipara el flujo
de electrones y R para la resistencia, las mismas tres
formulas se pueden escribir:
1. V = I X R.
2. I = V / R
3. R = V / I.
Debido a que esta ley es tan importante en el trabajo
electrico, resulta util contar con alguna ayuda para recor-
dar estas formulas. Una manera que mucha gente consi-
dera facil es: el triangulo de la ley de Ohm (Fig. 1-19).
Las posiciones de los simbolos indican como hallar la
cantidad faltante.

I R
Figura 1-19. Triangulo de la ley de Ohm.
1. Para hallar V se debe conocer I y R. I Y R se
encuenttan en el mismo renglon, por tanto deben
multiplicarse, como en la formula 1 antes dada.
2. Para hallar 1, se deben conocer Vy R. Vesta sobre R,
de donde, V debe dividirse entre R.
3. Para hallar R, se deben conocer Vel. Vesta sobre I,
por consiguiente V se debe dividir entre l
Resumen
1. El voltaje (0 tension) es una fuerza que se crea al
cambiar el equilibrio de electrones y protones en los
atomos, haciendo que los electrones dejen algunos
atomos. Se mide en volts.
2. La corriente es el flujo de electrones que se presenta
cuando se cuenta con un voltaje y una trayectoria
para el flujo. El flujo de electrones se mide en
amperes.
3. La resistencia es una caracteristica de la trayectoria
para el flujo de electrones que se opone al movi-
miento de tales electrones. La resistencia se mide en
ohms.
4. El voltaje, el flujo de electrones y la resistencia estan
intimamente relacionados. Se puede hallar cual-
quiera de los tres si se conocen los otros dos. La
relacion matematica entre el voltaje, el flujo de
electrones y la resistencia se llama: ley de Ohm.
·CONDUCTORES Y AISLADORES·
Hasta aqui se ha examinado como fluyen los electrones
a 10 largo de 10 que llam?'11os una trayectoria. Las trayec-
torias reales a 10 largo oe las cuales fluyen los electrones
son los alambres. Ahora que sabemos algo acerca del
voltaje, el flujo de electrones y la resistencia, sera mas
facil ver por que algunos materiales constituyen buenas
trayectorias pa'ra el flujo de electrones y otros no.
12 Fundamentos de instalaciones eh~ctricas
Sabemos que los atomos de cada elemento difieren en
el numero de electrones y protones que cor. jenen. Cada
atomo se puede identificar por un numero at6mico, un
numeru que indica la cantidad de electrones y protones
que tal atomo contiene. Tambien sabemos que los elec-
trones describen orbitas en grupos 0 anillos a diversas
distancias del nucleo.
Cada uno de estos grupos 0 anillos de electrones puede
contener un numero maximo de ellos. Cuando el anillo
contiene el numero maximo, se dice que es "estable" y no
aceptara ni cedera electrones. Se puede concebir esta
condicion como un equilibrio. Cuando un anillo tiene su
numero maximo de electrones, la masa que se encuentra
girando esta bien equilibrada y, por 10 tanto, es estable.
Los atomos estan formados de tal manera que los
anillos se llenan sucesivamente hasta el maximo, a partir
del interior hacia afuera. Entonces se tiene el anillo
exterior, sea cual fuere el numero de electroneS que que-
den. Un atomo de cobre tiene 29 protones en el nucleo y,
por consiguiente, 29 electrones en orbita. Si se observa un
diagrama de ese atomo (Fig. 1-20), se ve que el anillo
interior tiene 2 electrones, su numero maximo. El anillo
siguiente tiene 8, su numero maximo. El tercer anillo
tambien tiene su maximo de 18. Todos los electrones
anteriores suman 2 -1- 8 +18 =28. Solo queda un electron
para el anillo exterior. A este anillo exterior Ie gustaria
tener ocho electrones, su numero maximo. Con solo un
electron, en donde se necesitan ocho para obtener el
equilibrio, este anillo es inestable. Eso significa que, el
electron de este anillo se puede desplazar con facilidad
hacia otro anillo exterior. Entonces se pueden mover
electrones hacia el anillo vacio, y el proceso continua.
..,..-' -----...Ij....
ORBITA DE
2 ELECTRONES•
COMPLETA
//' -e--e.w
/ J2f 'ORBITA DE
/ r< ..... --9- l.., %_ 8 ELECTRONES.
/ P e -Co( COMPLETA
( ¢ "-/~--k_ ~~
I $$ $ (3 ~ <? - ORBITADE
h / d J 18 ELECTRONES.
q , ___ / I '9 / COMPLETA
EZ6.'_ ......>=1 ~ /
' B.. -e- £5 / 1 ELECTRON
" - -e--e-- /-..... EN UNA ORBITA DE
...... _ ....... /' 8 ELECTRONES.
- - - - INCOMPLETA
Figura 1-20. Atomo de cobre mostrando los anillos de elec-
trones.
hi
N
L

Este anillo inestable es el que hace que eI cobre sea una
buena trayectoria para el flujo de electrones. Otros mate-
riales que tienen esta caracteristica son la plata, el oro, el
aluminio y el hierro. En otras palabras, todos los metales
tienen atomos cuyos anillos exteriores contienen mucho
menos queel numero maximodeelectrones. Los materiales
de este grupo reciben el nombre de conductores. Debido a
que los electrones pueden fluir con facilidad en estos
materiales, tienen baja resistencia. Las palabrc.s "flujo
facil de electrones" y "baja resistencia" significan exacta-
mente 10 mismo.
Veamos ahora la condici6n opuesta en el anillo exte-
rior de un atomo. En este caso, el anillo exterior tiene el
numero maximo de electrones 0 casi el maximo. Esto
hace que el anillo exterior este equilibrado 0 sea estable.
No existen electrones libres para ir de un atomo a otro.
los materiales con .homos estables se l1aman ais/adores.
Los aisladores inc1uyen la mayor parte de los plasticos, el
caucho, las telas, la madera y el papel.
En este momenta se debe establecer una distinci6n. EI
j1ujo de electrones como respuesta a un voltaje aplicado
es bastante diferente al movimiento de electrones que
puede l1evarse a cabo en cualquier material.
En el experimento que se describi6 al principio de este
capitulo, con el fin de demostrar c6mo se comportan las
cargas electricas se utilizaron caucho, vidrio, piel y seda.
Todos estos materiales son aisladores, sin embargo se
cargan electricamente. l.Es esta una contradicci6n? La
respuesta es "no". La transferencia de electrones entre
los materiales aisladores fue una consecuencia del calor y
la fricci6n, no de un voltaje aplicado. EI frotamiento
arranc6 literalmente a los electrones de la superficie de
uno de los materiales y los l1ev6 ala superficie del otro.
Entonces se tuvo una Juerza entre los materiales carga-
dos, pero no se lIev6 a efecto flujo de electrones. Esa es la
Ill-ZOn por la que se califica como "estaticas" a las cargas
e1ectricas en los materiales aisladores; tienden a permane-
cer en su lugar. Lo que debe recordarse entonces es que:
s610 se realiza conducci6n e1ectrica, cuando estan presen-
tes electrones libres en un material y se aplica un voltaje.
En el alambrado e1ectrico, las caracteristicas de los
conductores y aisladores los convierten en una combina-
ci6n ideal: un buen conductor cubierto por un buen
aislador. EI conductor permite a los electrones fluir con
facilidad y el aislador que 10 cubre evita que el flujo de
electrones encuentre otros caminos al tocar los objetos.
Figura 1-21. Alambres que Bevan la energia electrica desde la compafiia que suministra el servicio hasta el conracto en la pared.
tlectricidad basica 13

En la pnictica, el metal que se utiliza con mayor ampli-
tud como conductor es el cobre. El cobre tiene la mejor
combinacion de cualidades necesarias para el flujo de la
corriente. En primer lugar, baja resistencia; en segundo
lugar un costa razonable (en comparacion con el oro y la
plata); en tercer lugar, buena resistencia para dimensio-
nes dadas; y cuarto, es 10 suficientemente ligero al traba-
jar con el y, sin embargo, 10 suficientemente fuerte como
para resistir el uso a veces duro al que se Ie somete en el
trabajo.
El alambre realiza su tarea porque los descubrimientos
acerca de la estructura atomica y la teoria electronica se
han puesto en uso pnictico, con el fin de fabricar un
producto necesario para poder contar con la electricidad
cuando y donde se necesite. El hecho de que los electrones
se puedan mover con facilidad en algunos materiales,
llamados conductores, y no se puedan mover facilmente
en otros, llamados aisladores, da lugar al camino practico
ideal del flujo de electrones: los alambres aislados.
Los alambres y haces de alambres llamados cables,
constituyen el material que lieva la energia electrica desde
los enormes generadores de las compaiiias que sumins-
tran el servicio directamente hasta el contacto en la pared
de nuestros hogares (Fig. 1-21).
.PREGUNTAS DE REPASO.
I. Los atomos contienen tres particulas: protones, neu-
trones y electrones. Dos de estas particulas son la
fuente de la energia.loCuales son?
2. Las cargas electricas se representan por medio de
signos positivos (+) y negativos (-). loCual signa se
aplica a cada particula?
3. El experimento estatico demostro dos leyes de la
electricidad. locual ley representa cada una de estas
figuras?
4. Algunas particulas atomicas pueden dejar a un
atomo y pasar hacia otro. loComo se llaman?
5. La presion electrica se llama voltaje (0 tension) y se
mide en unidades llamadas volts.loCuales unidades se
usan para medir la corriente? loY la resistencia?
6. A veces se deben agregar prefijos a las unidades
electricas con el fin de representar cantidades mas
grandes 0 mas pequeiias. loCuales prefijos represen-
tan cada uno de los numeros?
a. mili x 1 000000
b. mega x 1 000
c. kilo -:- 1 000
7. La ley de Ohm describe la relacion entre el voltaje, la
corriente y la resistencia. Si se conocen dos cuales-
quiera de estas cantidades, se puede hallar la que
falta. Consultese el triangulo de ley de Ohm (Fig.
1-19) y, escribase la formula para hallar cada canti-
dad.
8. loQue nombre se les da a los materiales en los que
puede fluir la corriente con facilidad?
9. loQue nombre se les da a los materiales en los que la
corriente no puede fluir?

r -INTRODUCCION-
EI tema de este capitulo, circuitos electricos, es un area
del conocimiento electrico con eI que un electricista debe
familiarizarse.
Los circuitos electricos se instalan en los edificios, de
modo que la electricidad pueda realizar su trabajo. Los
circtiitos combinan una fuente de energia, alambres, inte-
rruptores, contactos, artefactos y otros dispositivos elec-
tricos para lIevar la electricidad a donde se Ie necesite y
suministrar lugares convenientes, para conectar lampa-
ras y aparatos.
En est.;: capitulo se informa al estudiante acerca de las
diversas maneras en que se puede disponer un circuito y
10 que sucede al voItaje, la resistencia y la corriente en
cada disposicion. EI capitulo 1 cubrio 10 que en realidad
es la electricidad. Con esas bases, el estudiante no debe
tener dificultad con el material de este capitulo.
-CIRCUITO ELECTRICO BAsICO-
Para controlar la electricidad y poneria a disposicion
en donde se Ie necesite, se deben combinar voItaje,
corriente y resistencia con los conductores.
Repasemos los puntos principales del capitulo 1. Si se
puede hacer que los electrones libres de algun material se
muevan en la misma direccion, se puede crear un punto
que tenga un deficit de electrones y un punto con un
superavit de los mismos. Existira una fuerza entre estos
puntos que ejercera presion para restablecer el equilibrio
de electrones. Si se suministra un camino entre los dos
puntos, los electrones fluiran del punto con superavit
hacia aquel con deficit. Si se dirige este flujo de electrones
a traves de los dispositivos apropiados, se puede generar
luz 0 calor, 0 hacer que los motores funcionen.
La combinacion practica de dispositivos y accesorios
electricos que hace funcionar a la teoria electronica se
llama circuito. Todos los circuitos electricos tienen cua-
tro partes basicas (Fig. 2-1):
16
1. Unafuente de potencia. La fuente proporciona los
dos puntos de superavit y deficit de electrones. Por
10 comun, los puntos se identifican como positivo
(con deficit de e1ectrones) y negativo (con supera-
vit de electrones). Entre mas electrones haya en un
punto, mas negativo es el punto. Entre mayor sea
el desequilibrio de electrones, mas intensa sera la
presion entre los puntos.
2. Conductores. Los conductores conectados a los
puntos + y - y, a continuacion, a los otros puntos
del circuito, suministran un camino para el flujo de
electrones.
Fundamentos de iilstalaciones electricas
r-coNTRoLl
I I CONDUCTOR
,..-------I--ct
L ______ J
CARGA
CONDUCTOR
Figura 2-1. Partes de un circuito basico.
3. Una carga. Por el momento se considerara como
carga, cualquier dispositivo electrico que haga que
el flujo de electrones realice trabajo: un bulbo lu-
minoso, un motor, un calefactor. En la seccion
que sigue se vera como funciona el flujo de elec-
trones.
4. Control. Para ser util, un circuito debe tener alguna
forma de controlar el flujo de electrones. Los inte-
rruptores hacen que la corriente pase 0 deje de
pasar y hacen que el flujo de electrones sea mas
intenso 0 mas ligero, cambiando el camino del
flujo. Como se vera en el capitulo 3, los cambios
que ocurren dentro de la carga tambien P4eden
afectar el flujo de electrones.
-POTENCIA ELECTRICA.
LEY DE WATT-
Los tres valores de un circuito basico son: voItaje,
corriente y resistencia. Si se conocen dos de estos valores y
se desconoce el tercero, cualquiera que sea, puede calcu-
larse su valor desconocido usando la ley de Ohm. Enton-
ces se puede analizar la forma en que funciona el circuito
(Fig. 2-2).
Si se supone una fuente de voltaje de 10 volts y una
resistencia de 5 ohms, se puede hallar el flujo de corriente
dividiendo el voItaje (10 volts) entre la resistencia de
carga (5 ohms):
I =
V
R
EI flujo de corriente es de 2 amperes.
A partir de este calculo se puede concluir que una carga
de 5 ohms de un lado a otro de una fuente de 10 volts
produce un flujo de corriente de 2 amperes. Toma voltaje
y corriente para realizar trabajo.
~l____________~.~______________________

L _____ J
5 OHMS
2 AMPERES
Figura 2-2. Circuito para una carga de 20 watts.
Otra ley electrica basica describe la combinaci6n de
voltaje y corriente como la potencia requerida por esta
carga de 5 ohms. La ley de Watt afirma que la potencia
requerida por una carga es igual al producto de la
corriente que pasa por la carga y el voitaje aplicado. La
unidad de potencia es el watt, abreviado W. Tanto la ley
como la unidad Bevan el nombre de James Watt, un inven-
tor escoces.
La unidad de potencia es importante para el trabajo
elt~ctrico porque suministra una base uniforme para
medir la rapidez con la que se esta consumiendo la ener-
gia 0 la rapidez con la que se esta realizando trabajo. Para
realizar esta medici6n, no se puede usar el voltaje ni el
flujo de corriente por si solos. EI watt combina el voltaje y
1a corriente en una sola unidad. De acuerdo con la ley de
Watt, una lampara de 100 watts consumira la misma
cantidad de energia al ser conectada a cualquiera de los
circuitos que se dan en la figura 2-3. Si la lampara se
ilumina durante 1 hora, la energia consumida en cada
circuito es: 100 watts durante 1 hora, 0 100 watt-horas.
10 VOLTS X 10 AMPERES = 100 WATTS
1 AMPERE
100 VOLTS X 1 AMPERE = 100 WATTS
Figura 2-3. Dos circuitos de 100 watts.
LAMPARA
DE 100
WATTS
LAMPARA
DE 100
WATTS
NOTA: Una fuente de 10 volts no iluminara apropia-
damente una lampara estandar de 100 watts. Esta es
tan solo un ejemplo de la unidad de potencia.
EI simbolo para la potencia es W y la f6rmula es
W = V X I. Esta formula como la ley de Ohm, se puede
manipular de modo que es posible determinar los watts si
se conocen dos valores basicos, cualesquiera que estos
<;ean.
Por la ley de Ohm se sabe que V = I X R. Se puede
sustituir esto en la f6rmula basica de Watt para obtener
W =(/ X R) X I j aparece dos veces como multiplicador,
por tanto la formula se puede escribir como W= ]2R. EI
simbolo ]2. que se lee "I cuadrada", denota que I se
multiplica por si misma.
Por medio de un proceso semejante, se puede sustituir I
por VIR. W = (VIR) X V, 0 bien, W = V.?/R. En el
circuito de la figura 2-2, estos caculos serian:
W = VX[
= 10 X 2
= 20 watts
W= [2 X R
(2 X 2) X 5
= 4 X 5
= 20 watts
W= V2
R
10 X 10
5
= 100
5
= 20 watts
·CORRIENTE CONTINUA-
La energia electrica se puede generar en las formas
que se mencionan a continuacion, las cuales se analizan
aqui y en el capitulo 3.
1. Friccion. La idea de la electricidadestatica dada en
el capitulo I mostro en que forma la friccion
podria mover los electrones de un trozo de mate-
rial a otro. Esto dio como resultado una carga
electrica en cada trozo de material. Este principio
se aplica en la industria cuando se roda pintura
sobre superficies metalicas, como las carrocerias
de los automoviles. Las particulas de pintura
adquieren una pequeiia carga negativa como resul-
tado de la friccion que encuentran en la boquilla
Circuitos eh~ctricos 17

rI
que las rocia. El metal base de la carroceria se
carga positivamente. Esto hace que las particulas
de pintura sean atraidas hacia la superficie meta-
lica y no permanezcan suspendidas en el aire que la
rodea. Ademas, a medida que la pintura caJ~gada
negativamente cubre la superficie, repele las parti-
culas negativas que se estan rociando. Esto hace
que las particulas caigan sobre el metal desnudo y
den lugar a un baflO mas uniforme.
2. Termoelectricidad. Cuando algunos materiales se
calientan, emiten electrones. Este tipo de emisi6n
de electrones se aplica, por ejemplo, en los cinesco-
pios de televisi6n. Un bucle fino de alambre, lla-
mado filamento, que se encuentra en la base del
tubo se calienta al hacer pasar una corriente elec-
trica por el. Entonces emite un haz de electrones
que ilumina la pantalla de tubo.
3. Piezoelectricidad. Esta forma de electricidad se
genera al aplicar presi6n a ciertas sustancias crista-
linas. Su forma mas comun se encuentra en el
micrOfono de cristal. La presi6n de las ondas sono-
ras hace que se desarrolle un voltaje entre las caras
opuestas de una astilla cristal.
4. Fotoelectricidad. Algunos materiales emiten elec-
trones cuando cae luz sobre ellos. Las celdas foto-
voltaicas, 0 celdas solares, utilizan silicio para
generar un voltaje de salida a partir de la luz.
La fricci6n, la termoelectricidad, lapiezoelectricidad y
la fotoelectricidad tienen aplicaciones en la industria. Por
el momento, ninguna de estas tecnicas de generaci6n
puede producir potencia en cantidad 10 suficientemente
grande como para usarse en la compaiiias que suminis-
tran el servicio de energia electrica. Las celdas solares son
las mas promisorias como fuentes de energia para el
futuro, pero todavia tienen que desarrollarse mas.
En la actualidad, dos formas de generacion de electrici-
dad tienen valor practico. Estas son la magnetoelec-
tricidad y la acci6n quimica. En el capitulo 3 se describe la
generaci6n magnetoelectrica. En seguida se describe la
acci6n quimica.
La energia electrica se produce en dos formas adiciona-
les conocidas cOmo corriente continua (cc) y corriente
alterna (ca). Como electricista, el estudiante trabajara
con potencia y dispositivos de ca, casi todo el tiempo. Sin
embargo, el estudio de la potencia y circuitos de cc es un
medio para comprender la potencia y circuitos de ca. Los
circuitos de corriente continua son mas simples en virtud
de que las fuentes de potencia de cc producen un voltaje
constante. Las fuentes de corriente alterna producen un
voltaje que cambia constantemente. En cualquier ins-
tante, con el mismo voltaje aplicado, el flujo de electrones
.::s exactamente el mismo en un circuito, sin importar si la
fuente de potencia que 10 esta produciendo es de cc 0 de
ca. Consideraremos primero la potencia y circuitos de Cl
y a continuaci6n utilizaremos esta informaci6n para com
prender c6mo funcionan la potencia y los circuitos de ca
Fuentes de corriente continua
CELDAS Y BATERIAS. Las fuentes mas sencLllas y
comunes de cc son las celdas, 0 pilas, y las baterias secas.
Las celda~ 0 pilas secas aplican la acci6n quimica para
hacer que los electrones se muevan denlro de lapila,de una
pieza de metal a otra. La acci6n quimica mantiene este
desequilibrio de electrones. Los electrones fluyen en un
circuito porfuera de la pi/{l para restablecer el equilibrio.
Los terminos celda 0 pi/a y bateria tienen significados
diferentes. Una celda es una combinaci6n de dos electro·
dos y una soluci6n quimica. Los materiales que se usen
determinan el voltaje producido. El tamaiio de una celda
determina cuanto tiempo se puede extraer corriente de
ella y que tan grande puede ser la extracci6n de corriente
sin una disminuci6n significativa en el voltaje.
Se pueden reunir las pilas de modo que se sumen los
voltajes. Este agrupamiento se conoce como bateria.
Existen dos clases de celdas: primarias y secundarias.
CELDAS PRIMARIAS· Cuando dos sustancias dife-
rentes, como el zinc y el cobre 0 el zinc y el carbono, se
colocan separadas a una distancia pequeiia en ciertas
soluciones acidas, conocidas como electr61itos se genera
un voltaje entre elIas. Como resultado de este voltaje, se
lieva a efecto un flujo de electrones del zinc hacia el
electrodo de cobre (0 carbono), al conectarse externa-
mente por medio de un conductor. La combinaci6n de las
dos placas, electr6lito y recipiente se conoce como celda
(pi/a) primaria (Fig. 2-4). Un ejemplo es la pila "seca"
ordinaria (hablando estrictamente, no es seca), la cual
usa una pasta que contiene cloruro de amonio como
electr61ito. Su fuerza es de 1.53 volts; con otros electr6li-
tos y electrodos la fuerza puede estar entre 0.7 y 2.5 volts.
Conforme la acci6n quimica continua: los materiales
se consumen en la producci6n de electricidad. Cuando
los materiales se agotan, el dispositivo queda inutil y no
puede usarse otra vez. Un dispositivo de este tipo se
conoce como celda primaria porque es una fuente prima-
ria u original, de electricidad, y no se puede restablecer su
utilidad despues de que se han consumido los materiales.
El voltaje producido depende de los materiales que se
usen y no del tamaiio de la celda.
Una pila seca, que es una celda primaria, produce
alrededor de 1.5 volts, sin importar que sea una diminuta
celda para lampara 0 una pila seca grande del No.6 (Fig.
2-4), y siempre que se extraiga de la misma no mas que
una corriente muy pequeiia. La corriente que se puede
_ _ _ _ _ _.~_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _~~~b

de
cc
m-
:a.
y
s.
'a
a
e
n
'.
LA TERMINAL NEGATIVA
VA AL ENVASE DE ZINC

Figura 2-4. Pila seca primaria.
LA TERMINAL POSI-
TIVA VA A UNA BARRA
DE CARBONO QUE
ESTA EN EL CENTRO
DE LA PILA
SELLO DE CERA
BARRA DE CARBONO
MATERIALES
QUiMICOS
ENVASE DE ZINC
CUBIERTA DE PAPEL
extraer de una celda depende del tamaiio de la misma. Si
se intenta extraer mas corriente de una celda que la que es
capaz de suministrar, el voltaje disminuira hasta un valor
bajo.
Las pilas de carbono-zinc resultan mas apropiadas
para periodos cortos de uso con baja extraccion de
corriente. Se pueden utilizar otros tipos de pilas cuando
ZINC
Figura 2-5. Celda humeda tipica.
DIRECCION
- - - - DEL FLUJO
DE ELECTRO-
NES CUANDO
SE CIERRA EL
INTERRUPTOR
TINA DE VIDRIO
ELECTROLITO
se tienen otras necesidades. Las pilas de mercurio produ-
cen un voltaje de 1.4 volts aproximadamente. Estas pilas
se combinan para formar diversos voltajes para la bate-
ria. Las pilas de merc.urio pueden proporcionar un vol-
taje bastante constante, incluso cuando se utilizan
durante periodos largos y con cargas cambiantes.
CELDAS SECUNDARIAS. Estas son celdas quimicas
que se pueden lIevar a su condicion original, al cargarJas
por medio de una fuente exterior de electricidad (Fig.
2-5). Estas celdas se usan en los automoviles y se cono-
cen como acumuladores. Por 10 comun, estas celdas se
utilizan en baterias formadas por tres 0 seis. La salida de
cada celda es aproximadamente de 2 volts. EI voltaje seria
de 60 12 volts, dependiendo del numero de celdas conec-
tadas de modo que los voltajes se sumen. Las celdas
secundarias se pueden recargar haciendo pasar una co-
rriente electrica a traves de elias, en una direccion opues-
ta a la de su descarga. Otras celdas secundarias son las
pilas alcalinas y las de niquel-cadmio.
Las pilas alcalinas producen un voltaje de 1.5 volts. Las
baterias alcalinas se encuentran en varios tamaiios, hasta
de 15 volts. Estas baterias resultan especialmente apro-
piadas para usarse en circuitos en los que la extraccion de
corriente es alta. Tambien existen celdas alcalinas en la
forma no recargable.
Las pilas de niquel-cadmio producen un voltaje de 1.25
volts y tambien se encuentran en baterias hasta de 12
volts. Las pilas de niquel-cadmio pueden soportar un uso
intenso sobre un amplio intervalo de temperaturas.
G ENERADORES. Tambien se puede producir corriente
continua por medio de generadores de cc. Los generado-
res convierten la energia mecanica en energia electrica.
Intemamente, todos los generadores producen corriente
altema. La salida de corriente continua se obtiene agre-
gando un dispositivo automatico de conmutacion, lla-
mado conmutador, a las salidas del generador. En el
capitulo 3 se cubre la operacion de los generadores.
Circuitos
Usaremos algunos diagramas electricos sencillos para
describir la forma.como operan los circuitos basicos. En
el capitulo 12 se da una descripcion completa de los
diversos tipos de diagramas electricos. Sent mas faci!
entender como se leen y usan los diagramas electricos
mas complejos, despues de que el estudiante haya
cubierto el material de los Capitulos 1 alII. Por el
momento, todo 10 que necesita conocer el estudiante son
dos simbolos esquematicos:
Circuitos e1ectricos 19

r
1. Fuentes de voltaje. En la figura 2-6 se muestran
los simbolos para las celdas (0 pilas) y baterias. Los
otros simbolos que se muestran en la figura 2-6
son mas generales y pueden representar cual-
quier fuente de voltaje de acuerdo con la notacion.
2. Cargas de los circuitos. Se pueden usar los dispositi-
vos llamados resistores con el fin de representar
otras clases de cargas de cc, como lamparas,
elementos calentadores 0 motores. En la figura
2-6 se dan simbolos y los dispositivos que
representan.
RESISTORES
FIJOS
..JVVr-
SiMBOLO
ESQUEMATICO
--IL..__---J~
SiMBOLO DEL
DIAGRAMA DE
ALAMBRADO
RESISTOR
TiPICO DE
CARBONO
FUENTES
DE POTENCIA
PILA (0 CELDA)
BATERiA.
VOLTAJE SEGUN
SE MARQUE
--0-
---0
SIMBOLO PARA FUENTES
GENERALES DE POTENCIA
VOLTAJE SEGUN
SE MARQUE
Figura 2-6. Algunos simbolos esquematicos.
LEYES DE KIRCHHOFF-Hasta ahora se han cubierto
dos juegos de leyes que nos dicen como se comporta la
electricidad. Primero se vio la ley de Ohm, la cual enuncia
la forma en que actuan el voltaje, la corriente y la resisten-
cia en un circuito. En seguida, se vio la ley de Watt. Esta
ley extendiola relacion entre el voltaje y la corriente para
mostrar la manera en que se calcula la potencia electrica.
Para comprender los circuitos de cc se debe considerar
otro conjunto de leyes. Estas leyes fueron descritas por
primera vez por Robert Gustav Kirchhoff, fisico aleman,
del que ahora conservan el nombre.
La primera ley de Kirchhofftrata del flujo de corriente:
ley de la corriente de Kirchhoff, En cualquier circuito, la
cantidad total de corriente (flujo de electrones) que sale
de cualquier punto del circuito debe ser exactamente
igual a la corriente total que llega a ese punto.
20 Fundamentos de instaiaciones electricas
En la figura 2-7 se muestra un circuito que ilustra esta
ley. Los resistores RI y R2 estan conectados de modo que
la con iente de la bateria fluye a traves de los dos. De
acuerdo con la ley de Kirchhoff, la corriente en el punto A
debe ser igual a la suma de la corriente que pasa por R I Y
la que pasa por R2• En el analisis de los circuitos en serie Y
en paralelo se vera como se puede aplicar esta sencilla
observacion para resolver los problemas de circuitos.
La segunda ley de Kirchhoff trata del voltaje (ley del
voltaje de Kirchhoff). En cualquier circuito, la suma de las
caidas de voltaje alrededor de cualquier trayectoria com-
pleta es exactamente igual al voltaje aplicado a la trayec-
toria. Esto significa que todo el voltaje aplicado a un
circuito sera usado para que la corriente fluya. Nada
"quedara".
En la figura 2-8 se muestran dos circuitos simples. El
circuito A tiene una sola carga de 50 ohms y un voltaje de
la fuente de 100 volts. El circuito B tiene 3 cargas que dan
un total de 80 ohms y tambien tiene un voltaje de la fuente
de 100 volts. A partir de la ley de Kirchhoff se sabe que el
voltaje, a traves de la carga (mica de 50 ohms debe ser
igual al voltaje apJicado. Analogamente, la suma de los
voltajes a traves de las tres cargas en el circuito Btambien
debe ser igual al voltaje aplicado, Se puede aplicar la ley
de Ohm para calcular el flujo de corriente en cada cir-
cuito. Con base en esto se puede calcular el voltaje a
traves de cada resistor. Estos calculos muestran que flui-
ran 2 amperes en el circuito A y 2 amperes a traves de 50
ohms requieren 100 volts. El flujo de corriente en el
circuito B es de 1.25 amperes y el voltaje a traves de cada
resistor es, respectivamente, de 12.5 volts, 25 volts y 62.5
volts 0 un total de 100 volts.
Sin importar el numero 0 el valor de las cargas en un
circuito, la suma de los voltajes a traves de cada carga
sera igual al voltaje aplicado. La porcion del voltaje
aplicado que es "consumida" por cada carga se llama
caida de voltaje (0 de tension) a traves de esa carga.
A
Figura 2-7. Ley de la corriente de Kirchhoff.
~--..------------~-----------------

a
e
e
~
f
lOa--
VOLTS
lOa-=-
VOLTS
A
Rl
10 OHMS
R3
50 OHMS
B
Figura 2-8. Ley del voItaje de Kirchhoff.
50
OHMS
R2
20 OHMS
Se tienen tres maneras para conectar cargas a una
fuente:
En sefle
En patalelo
En una combinacion serie-paralelo
Se considerani 10 que sucede a la resistencia de carga, a la
corriente y al voltaje en cada uho de estos circuitos.
CIRCUITOS SERlE· En un circuito serie, todas las
cargas estan conectadas una a la otra en una vuelta
continua. La corriente que sale del lado negativo de la
fuente debe fluir por cada carga sucesivamente, hasta
lIegar allado positivo de aquellas. De acuerdo conlaleyde
la corriente de Kirchhoff, la corriente sera la misma en
todo punto del circuito. En otras palabras, la misma
cantidad de corriente fluira por cada carga independiente-
mente de fa resistencia de fa misma. Si el flujo de corriente
es constante, entonces se requerira mas voltaje de la
fuente para impulsar esta cantidad por cargas de alta
resistencia y sera necesario menos voltaje de la fuente
para cargas de baja resistencia. De acuerdo con la ley del
voltaje de Kirchhoff, la suma de las caidas de voltaje a
traves de las cargas sera igual al voltaje de la fuente.
En la figura 2-9 (un circuito serie simple) se muestra
como funciona esto. La resistencia total (RT) en un cir-
cuito serie es la suma de las resistencias separadas:
RTRl + R2 + R3 + R4
8 + 15 + 20 + 17 60 ohms
Se puede aplicar la ley de Ohm con el fin de calcular el
flujo de corriente en el circuito:
V
/ =-=
RT
120 =
60
2 amperes
Se sabe que fluiran 2 amperes por cada resistencia, de
modo que ahora puede calcularse la caida de voltaje a
traves de cada carga:
V=/ X Rl 2 X 8 16 volts
V=/ X R2 2 X 15 30 volts
V=/ X R3 2 X 20 = 40 volts
V=/ X R4 2 X 17 34 volts
Entonces, la caida totalde voltaje es 16 + 30 +40 +34,
o bien, 120 volts, el voltaje de la fuente.
Se deben recordar tres cosas importantes acerca de los
circuitos serie:
1. El flujo de corriente que pasa por cada carga es el
mismo en un circuito en serie.
2. La caida de voltaje a traves de cada carga es pro-
porcional a la resistencia de la misma.
3. La suma de las caidas de voltaje es igual al voltaje
aplicado (ley del voltaje de Kirchhoff).
CIRCUITOS EN PARALELO.Con mucho, la disposi-
cion mas comun de los circuitos es la conexion de todas
las cargas en paralelo. El calificativo "en paralelo" des-
cribe la relacion electrica entre las cargas. Cuando se
muestran esquematicamente los circuitos en paralelo, las
cargas quedan (si 10 permite la disposicion del dibujo) a
traves de ramas paralelas del circuito. Por esta razon a los
diagramas esquematicos de los circuitos en paralelo a
veces se les da el nombre de diagramas de "escalera". Con
R, R2
8 OHMS 15 OHMS
R4 R3
17 OHMS 20 OHMS
Figura 2-9. Circuito en serie simple.
Circuitos electricos 21

rI
I
frecuencia resulta conveniente mostrar las dos lineas que
van hacia la fuente de voltaje a 10 largo de la parte
superior e inferior del dibujo. Entonces las cargas se
muestran sobre rectas paralelas entre las lineas de
potencia. La disposicion global semeja una escalera, en
que las lineas de potencia son los soportes laterales y las
cargas, los travesafios.
Virtualmente, todos los circuitos de potencia residen-
ciales y comerciales estan conectados en paralelo. Los
circuitos en paralelo tienen varias ventajas practicas
sobre los circuitos en serie.
En los circuitos en paralelo se aplica el mismo voltaje a
toda rama del circuito que este a traves de las lineas de
potencia. En consecuencia, todos los dispositivos del
circuito se pueden disefiar para un voltaje conocido. Se
pueden colocar interruptores a cada rama que este a
traves de las lineas de potencia y se puede hacer que por
cada una de elias circule 0 no corriente, sin afectar el
voltaje aplicado a las otras ramas. Analogamente, cada
rama puede ser un punto de conexion (por ejemplo, una
toma de corriente de pared) y pueden conectarse y desco-
nectarse las cargas segun se desee.
Se puede analizar tambien el voltaje, la corriente, la
resistencia y la potencia en un circuito en paralelo, apli-
cando la leyes de Ohm, Kirchhoff y Watt.
En la figura 2-10 se muestra un circuito en paralelo
simple. El voltaje a traves de Rl y R2 es el mismo porque
los dos extremos de Rl asi como los dos de R2 estan
conectados directamente al voltaje de la fuente.
Sin embargo, el flujo de corriente que pasa por R1 YR2
depende de la resistencia. La corriente que pasa por Rl es:
V
I =- =
Rl
120
10
12 amperes
La corriente que pasa por R2 es:
120 =
15
8 amperes
Notese que los valores de 12 amperes y g amperes
representan el flujo de corriente que pasa por cada resis-
tor por separado. Pero en el punto A debe haber sufi-
ciente corriente como para abastecer a las dos ramas del
circuito. Por 10 tanto, deben fluir 20 amperes por el punto
A -por la ley de la corriente de Kirchhoff- y 20
amperes deben salir del punto A. Los 20 amperes se
dividen de acuerdo con nuestros ci1culos: 12 amperes
fluyen por R 1 Ylos restantes 8 amperes fluyen por R2• En
el punto B, se reune la corriente que pasa por las dos
ramas y 20 amperes fluyen de regreso a la fuente.
-=-- 120
__ VOLTS
A
~
R, ~
10 OHMS ~
B
Figura 2-10. Circuito en paralelo simple.
R2 ~
15 OHMS>
Un circuito en parale10 puede contener cualquier
numero de ramas, pero el patron del flujo de corriente es
el mismo. EI flujo de corriente se divide en cada rama en
paralelo, de acuerdo con la resistencia de la rama, y la
corriente de todas las ramas se unen en la linea de regreso.
EI flujo total de corriente en un circuito en paralelo se
ca1cula de dos maneras: aplicando la ley de Ohm con el
fin de ca1cularel flujo de corriente por cada carga y sumar
estos valores. En el ejemplo precedente se aplico este
metodo. En el segundo metodo se ca1cula un valor de
resistencia que sea equivalente a la resistencia efectiva de
las cargas en paralelo. Entonces puede usarse este valor de
resistencia para ca1cular la corriente total que se extraera
de la fuente.
Para entender la importancia de la resistencia equiva-
lente y como se ca1cula, comparemos las disposiciones de
las cargas en serie y en paralelo. Veamos que reglas
generales se aplican a la corriente, al voltaje y a la resis-
tencia en cada circuito. La figura 2-11 es un circuito en
serie que tiene los mismos valores de las resistencias y el
mismo voltaje aplicado que en el circuito en paralelo, de
la figura 2-10. Para empezar se comparara el flujo de
corriente en cada circuito.
Previamente se ha ca1culado que, en el circuito en
paralelo, fluyen 20 amperes. La formula de la corriente
R,
10 OHMS
__ 120
- VOLTS
R2
15 OHMS
Figura 2-11. Circuito en serie comparativo.

l
para el circuito en serie es j = VIRr, en donde Rr es la
surna de las resistencias en el circuitn (RI + R2):
I = 120 = 4.8 amperes
25
Esto indica que, para la misma resistencia de la carga y
el rnisrno voltaje de la fuente, el flujo de corriente es
mayor en un circuito en paralelo. La razon para esta
diferencia en el flujo de corriente es simple, pero no se ve
con facilidad.
En un circuito en serie, cada resistencia de carga se suma
a las otras cargas del circuito. Entre mas cargas haya,
mayor es la resistencia y, por 10 tanto, fluye menos
corriente. Cada carga agregada reduce el flujo de
:orriente.
Cuando las cargas se conectan en paralelo, cada una
proporciona otro camino para la corriente. Es decir, cada
carga incrementa el flujo de cortiente de la fuente.
Para observar esto desde otro punto de vista, calcule-
mos el valor de la resistencia en serie que extraeria 20
amperes de la fuente:
V
R =-
I
120
20
6 ohms
Esto nos hace ver que para que fluyetn 20 amperes
cuando R I YR2 estan en paralelo, la fuente de potencia
debe "sentir" a R I Y R2 como de 6 ohms. EI valor de 6
ohms es la resistencia efectiva de una carga de 10 ohms y
otra de 15 ohms en paralelo. Se puede calcular directa-
mente la resistencia efectiva de las cargas en paralelo, en
lugar de dar un rodeo por el metodo de comparar circui-
tos en serie y en paralelo.
Debido a que cada resistor agregado reduce la resisten-
cia total efectiva, se aplica el metodo de "Ia inversa de las
hwersas"
1
Este metodo se aplica a cualquier numero de cargas
en paralelo. Para el ejemplo dado del circuito con dos
resistores, el calculo es:
1
1 1
10 + 15
1
5
30
30
5
6 ohms
Se puede hacer un calculo mas rapido, cuando solo
intervienen dos cargas; este es eI metodo del "producto
dividido entre la suma":
10 X 15
10 + 15
150
25
= 6 ohms
Es posible aplicar este metodo para cualquier numero
de cargas en paralelo, calculando sucesivamente grupos
de dos.
Para resumir el tema de la resistencia equivalente en los
circuitos en paralelo, a continuacion se dan los dos meto-
dos de calculo para el circuito de cargas multiples de la
figura 2-12.
1. Metodo de la inversa de las inversas:
R =
E
=
1
1
.1..+ 1 .1..+l 1
10 15 + 40 24 + 60
-L-
30
120
120
30
4 ohms
2. Metodo de las combinaciones sucesivas
(Fig. 2-13):
Circuilos eleclricos 23

120
VOLTS
R, R2 R3 R4 R5
10 15 40 24 60
OHMS OHMS OHMS OHMS OHMS
Figura 2-12. Cargas mUltiples en paralel0.
Paso 1. Hallese la resistencia equivalente paraR 1 yR 2
(Fig. 2-13a):
10 X 15
10 + 15
150
25
6 ohms
Paso 2. Hallese la resistencia equivalente paraR3 y R4
(Fig. 2-13b):
Ra X R4
RE
Ra + R4
40 X 24
40 + 24
960
64
15 ohms
Paso 3. Hallese la resistencia equivalente para (R3, R4)
Y R5 (Fig. 2-13c):
(Ra, R 4 ) X R5
(Ra, R 4 ) + R5
15 X 60
15 + 60
900
75
12 ohms
Paso 4. Hallese la resistenciaequivalente para (R I, R2)
Y(R3' R4• R5) Fig. 2-13d):
(R 1 ,R2) X (Ra,R4,R5)
(R 1 , R 2) + (Ra, R 4, R 5)
6 X 12
6 + 12
72
18
4 ohms
Al utilizar el metodo de las combinaciones sucesivas, es
posible combinar las cargas en cua1quier orden. En los
casos en que se conectan en paralelo dos 0 mas cargas de
resistencia igual, la resistencia equiva1ente es simple-
mente la resistencia de una de las cargas dividida entre
el numero de cargas. En el circuito de la figura 2-14,
estan conectadas en paralelo tres cargas de 10 ohms; por
10 tanto, la resistencia equivalente es:
R = Resistencia de una carg':. 10
E Numero de cargas "3 3.3 ohms
Es posible combinar este metodo con cualquiera de los
otros dos metodos, 0 con los dos, para calcular la resis-
tencia equiva1ente de cargas multiples en paralelo.
Los calcu10s de la potencia para los circuitos en para-
lelo se llevan a cabo, aplicando las formulas correspon-
dientes al circuito total 0 a cualquier parte de el.
Para el circuito de cinco cargas (Fig. 2-12), la
corriente que pasa por cada carga se encuentra por la ley
de Ohm: /= VIR. Con Vigual a 120 volts y los valores de
los resistores como se muestran en la figura 2-12, la
corriente que pasa por cada carga es:
Rl 12 amperes
R2 8 amperes
Ra 3 amperes
R4 5 amperes
R5 2 amperes
Conocemos el voltaje, la corriente y la resistencia de
cada carga, de modo que la potencia consumida se puede
calcular aplicando la ley de Watt: W = V X loW =PR.
Para cada carga, la potencia consumida es:
Rl = 1440 watts

R2 960 watts
R3 360 watts
600 watts
240 watts
La potencia total es de 3 600 watts..
--
-...-
....
-.--
>
R3
40
OHMS
a
b
c
d
R4
24
OHMS
R5
60
OHMS
R5
60 OHMS
RE ~4 OHMS;>
Figura 2-13. Manera de hallar la resistencia equivalente por
combinaciones sucesivas.
10
OHMS
10
OHMS
10
OHMS
Figura 2-14. Resistencia equivalente de cargas iguales.
EI ca1culo de la resistencla equivalente para este cir-
cuito dio un valor de 4 ohms. EI flujo e corriente en ter-
minos de la resistencia equivalente es:
I
V
R
120
4 = 30 amperes
La potencia total es de 120 X 30 0 3600 watts. Los
diversos metodos de calculo proporcionan una manera
de comprobar las respuestas por partida doble.
CIRCUITOS EN SERIE-PARALELO· Tanto las dis-
posiciones de la carga en serie como en paralelo se pueden
utilizar en el mismo circuito. Esta combinacion se conoce
como circuito en serie-paralelo.
Para ca1cular el flujo de corriente, la resistencia equiva-
lente 0 la potencia en un circuito en serie-paralelo, se
aplican los procedimientos para serie y paralelo por sepa-
rado a las partes apropiadas del circuito.
En el circuito de la figura 2-15a, si se ca1cula la resisten-
cia equivalente de R 1 Y R 2, esa resistencia mas la R 3
formara un circuito en serie simple.
En un circuito en serie-paralelo mas complejo, se debe
examinar el circuito para determinar la mejor manera de
agrupar las cargas con fines de ca1culo. En el ciruito que
se ve en la figura 2-15b, el procedimiento que se describe a
continuacion proporcionara un valor de la resistencia
equivalente en cuatro pasos.
EI examen del circuito sugiere que si se encuentra la
resistencia equivalente de R I' R 2• R3 YR4 y, a continua-
cion, la resistencia equivalente de Rs. R6 YR 7, esos dos
valores equivalentes formaran un circuito en serie simple
con R8• EI procedimiento es como sigue:
Paso 1: Hallese la resistencia equivalente deRI y R2:
Rl X R2
Rl + R2
5 X 20
5 + 20

100
25
4 ohms
Paso 2. Hallese la resistencia equivalente de (RI • R2)
+R4 en paralelo con R3:
[ (Rl' R 2) + R 4 ] X R3
RE
[ (Rl' R 2) + R4 ] + R3
(4 + 40) X 80
(4 + 40) + 80
3520
124
28.4 ohms
Paso 3. Encuentrese la resistencia equivalente de (R6
+ R7) en paralelo con Rs:
-
l
RS
150 OHMS
A.AA
v" ...
R2
"N..,
a
R3
SO OHMS
R2
20 OHMS
R1
50HMS
b
R4
40 OHMS
R5
10
OHMS
Figura 2-15. Circuitos en serie-paralelo.
26 Fundamentos de instalaciones ell!ctricas
R3 .c;
>
RS
100 OHMS
(R
6 + R 7 ) X R5
RE =
(R6 + R7 ) + R5
= 115 X 10
115 + 10
1150
125
= 9.2 ohms
Paso 4. Sumense las resistencias equivalentes de los
pasos 2 y 3 a R8:
Paso 2 = 28.4
Paso 3 = 9.2
R8 = 150.0
= 187.6 ohms
CORTOS CIRCUITOS Y CIRCUITOS ABIERTOS-
Los dos problemas mas comunes en el trabajo electrico se
conocen como cortos circuitos y circuitos abiertos. Las
palabras corto y abierto se refieren a un cambio en la
resistencia del circuito como resultado de un accidente,
falIa del equipo 0 falla en la instalacion. EI cambio en la
resistencia provocado por un corto circuito 0 un circuito
abierto es por 10 comun extremadamente grande y, en
general, ocurre repentinamente.
Cuando ocurre un corto circuito se tiene una trayecto-
ria de baja resistencia (casi cero) para el flujo de corriente
en paralelo con la carga.
En la operacion normal del circuito que se muestra en
la figura 2-16, la corriente que fluye por la lampara de 100
watts al cerrar el interruptor es aproximadamente de 0.83
CORTO
CIRCUITO
RESISTENCIA
MENOR QUE
1 OHM
I
I
I
I
oI
I
I
I
I
LAMPARA
DE 100 WATTS
(RESISTEN-
CIA DE
APROXIMA-
DAMENTE
)-_L-_--' 140 OHMS)
ljlRCUITO ABIERTO:
ALTA RESISTENCIA
Figura 2-16. Corto circuito y circuito abierto.

ampere. Si se presenta un corto circuito, tal como una
trayectoria A, la baja resistencia en paralelo con 1a resis-
tencia de la l<impara conduce a una resistencia en para-
lelo efectiva de menos de 1 ohm. Esto hace que el flujo
de corriente salte hasta 120 amperes 0 mas.
Cuanto esto sucede en un circuito real, automatica-
mente se corta el flujo de corriente por medio de un
dispositivo de protecci6n contra sobrecorriente, como se
describe en el capitulo 11.
Si se presenta un circuito abierto - por ejemplo una
rotura en el conductor en el punto B- se colocani una
resistencia extremadamente alta en serie con la lampara
de 100 watts. EI efecto es igual al de abrir el interruptor: el
flujo de corriente cae hasta cero y la lampara se apaga.
Cuando se presentan cortos circuitos 0 circuitos abier-
tos, se debe hallar la causa y corregirse. En el capitulo 14
se describen los procedimientos para encontrar ycorregir
estos problemas.
• PREGUNTAS DE REPASO •
1. N6mbrense los cuatro elementos de un circuito.
2. ~Cual de los cuatro elementos de un circuito realiza
el trabajo?
3. La potencia en watts es el producto de _____
------------y-------------
4. ~Por que el valor de la corriente queda elevado al
cuadrado (/2) en la formula de potencia P =ilK!
5. "Por que el valor del voltaje queda elevado al cua-
drado (V2) en la f6rmula de la potencia P = V2
IR?
6. Las sustancias quimicas que se usan para producir la
eletricidad en una celda (0 pila) determinan el
.________ de salida.
7. Las pilas para formar baterias se combinan para
incrementar_______ 0 ________
8. "Cmil es la diferencia entra las celdas primarias y las
secundarias?
Rl
10 OHMS
R4
30 OHMS
R2
15 OHMS
R3
50HMS
9. EI circuito que se muestra en .1a pregunta 8 es un
circuito en serie. Contestese 10 que sigue:
a. ~Cuanta corriente fluye por cada resistencia?
b. De acuerdo con la ley del voltaje de Kirchhoff,
~a cuanto sera igual la suma de los voltajes
alrededor del circuito?
c. ~Cuanto del voltaje de la fuente usara R3?
Rl
100
OHMS
A
R2
150
OHMS
R3
200
OHMS
R4
300
OHMS
10. EI circuito que se muestra arriba es un circuito en
paralelo. Dese respuesta a 10 que sigue:
a. "Cuanta corriente fluye por cada resistor?
b. ~Cual es el flujo de corriente en el punto A?
c. ~Cual es la resistencia equivalente de R1, R2, R3
Y R4?
d. "Como se puede utilizar la respuesta a la pre-
gunta b con el fin de comprobar la respuesta a
la pregunta c?
, a

• INTRODUCCION •
La forma de electricidad que las compafiias que
sumistran el servicio generan y distribuyen se llama
corriente alterna 0 ca. Virtualmente, todos los circuitos
que instalan los electricistas usan corriente alterna. Este
capitulo da a conocer allector que caracteristicas especia-
les tiene la corriente alterna. El estudiante aprendera 10
que la corriente aIterna puede hacer y como 10 hace. Por
supuesto, existe mas acerca de los circuitos electricos y la
corriente alterna que 10 que este capitulo y el anterior
pueden cubrir, pero los aspectos esenciales que se encuen-
tran aqui Ie daran una base solida para 10 que sigue. El
esfuerzo que haga por entender los circuitos electricos y
la corriente alterna Ie beneficiaran en su trabajo futuro.
• MAQUINAS DE CORRIENTE
ALTERNA •
Magnetismo
Algunos materiales como el hierro, el niquel y el
cobalto, tienen una propiedad unica que les permite mag-
netizarse. En particular, el hierro y las aleaciones de
hierro muestran fuertes propiedades magneticas. El mag-
netismo es una fuerza que hace· que los materiales con
cualidades magneticas experimenten atraccion 0 repul-
sion, de acuerdo con un conjunto definido de reglas.
La propia Tierra es un iman gigante (Fig. 3-1) y se ha
tornado como fuente de los nombres que se dan a los dos
polos de fuerza de los imanes. Uno de los polos magneti-
cos de la Tierra esta cerca del Polo Norte geografico
verdadero y el otro polo magnetico, cerca del Polo Sur
geografico de la Tierra. Si se deja que un trozo largo de
material magnetico se mueva con libertad suspendido de
un hilo 0 flotando en un liquido, el material se alineara
por si mismo de modo que; cada uno de sus extremos
apunte hacia uno de los polos magneticos de la Tierra. El
extremo que apunta hacia el polo norte magnetico se
conoce como polo norte del iman y el que apunta hacia el
sur es el polo sur del iman. En algunos imanes y en los
dibujos estos extremos se marcan como N y S, respectiva-
mente.
DEMOSTRACION DE LAS LiNEAS DE FUERZA •
Unas cuantas demostraciones sencillas pueden mostrar la
forma de la zona de fuerza magnetica y la manera en que
interactuan los polos magneticos. Los materiales necesa-
rios son:
Dos imanes permanentes en barra
Una brujula magnetica
Alrededor de 112 taza de limaduras de hierro finas
Un trozo de gis (clarion 0 tiza)
NORTE MAGNnlCO
Figura 3-1. La Tierra como un iman.
Si los extremos de los imanes no estan marcados con N
y S, puede usarse la brujula con el fin de identificar los
polos y marcar los imanes con el gis. Trabajese con los
imanes uno por uno.
Paso 1. Coloquense uno de los imanes y la brujula
como se muestra en la figura 3-2.
Paso 2. Acerquese la brujula al iman hasta que el
indicador de aqueUa gire y quede en una posicion aproxi-
madanente paralela al iman.
Paso 3. El extremo norte del indicador esta apuntando
hacia el sur del iman. Marquese ese extremo con una S.
Paso 4. Marquese el otro extremo del iman con una N.
N S
IFigura 3-2. Identificaci6n de los polos magneticos usando un
iman.
Corriente aIterna 29
4 _

Paso 5. Repitase este procedimiento con el otro iman y
marquense tambien sus extremos.
Se pueden utilizar los imanes marcados para "sentir"
las !ineas de fuerzas magneticas. Cuando el extrema N de
uno de los imanes se acerca al extremo marcado S del otro
iman, se "siente" la atraccion entre estos polos, ya que los
imanes se pegan. Tambien puede sentirse la fuerza de
repulsion al intentar unir los extremos con la misma
polaridad.
Es posible ver, indirectamente, lafuerza magnetica que
se sintio en esta demostracion, si se utilizan limaduras de
hierro.
Paso 1. Coloquese uno de los imanes sobre una superfi-
cie plana. Pongase una hoja de papel sobre el iman.
Paso 2. Espolvoreense las limaduras de hierro lenta-
mente sobre el papel. Las limaduras se moveran para for-
mar el patron de la figura 3-3. Este patron recibe el
nombre de campo magnetico del iman.
Paso 3. Levantese el papel del iman y regresense las
limaduras al recipiente.
Paso 4. Coloquense los dos imanes sobre la misma
recta horizontal con los polos opuestos uno frente al otro,
flero 10 suficientemente separados como para que los
imanes no tiendan a pegarse.
Paso 5. Coloquese una vez mas el papel sobre los
imanes y espolvoreense las limaduras sobre eI. Las lima-
duras se moveran para formar el patron de la figura 3-4.
POLO MAGN~TICO S POLO MAGN~TICO N
I
LlMADURAS DE HIERRO LlMADURAS DE HIERRO
Figura 3-3. Campo magnetico de un iman en barra.
LlMADURA DE HIERRC
LlMADURAS DE HIERRO
Figura 3-4. Lineas de fuerza entre polos opuestos.
Paso 6. Repitase este procedimiento pero, colocando
ahora los imanes con los polos iguales uno frente al otro.
EI patron sera como el que se muestra en la figura 3-5.
Se deben recordar cuatro hechos importantes respecto
de la demostracion con los imanes:
1. Los polos magneticos opuestos se atraen.
2. Los polos magneticos iguales se repelen.
(8) PATRON QUE SE TOMA ENTRE POLOS MAGN~TICOS
IGUALES
Figura 3-5 Lineas de fuerza entre polos iguales.

3. Las lineas de fuerza siguen una trayectoria curva
desde uno de los polos hasta el otro.
4. EI patron de las hmaduras mostro que los campos
magneticos son mas intensos cerca de los polos.
La teoria molecular del magnetismo proporciona una
explicacion relativa a la fuerza que se sintio en la demos-
tracion con los imanes y la que hizo que las limaduras
formaran patrones definidos. De acuerdo con esta teoria,
cada molecula de material magnetico es respecto a si
misma un iman diminuto. Ellector recordara, de 10 visto
en el capitulo 1, que una molecula es la particula mas
pequeiia de cualquier material que todavia conserva
todas las caracteristicas de tal material.
Cuando un trozo de material -por ejemplo, el
hierro-no esta magnetizado, estos diminutos imanes
moleculares estan dispuestos de una manera fortuita tal,
que la fuerza magnetica de cada molecula tiende a ser
cancelada por la fuerza de otra (Fig. 3-6). Entonces, el
efecto global es que el trozo de material no muestra
propiedades magneticas.
Si se puede aplicar una fuerza a este material que haga
que las moleculas se alineen de modo que todos los puntos
N queden en una direccion, y todos los S en otra (Fig.
3-7), entonces el material mostrara las propiedades mag-
neticas de atraccion y repulsion de los demas imanes.
En algunos materiales, como los imanes que se usaron
en la demostracion, una vez que las moleculas quedaron
alineadas, permaneceran alineadas por mucho tiempo.
En muchos casos, estos imanes duran aiios, sin una dis-
minucion en la intensidad magnt!tica que pueda notarse.
Por supuesto, esta es la razon por la que se conocen como
imanes permanentes.
En otros materiales, las moleculas permanecen alinea-
das solo mientras se encuentre presente una fuerza que las
.nantiene con esa alineacion. Tan pronto como se elimina
esta fuerza, el magnetismo cae hasta UQ nivel bajo y
pronto desaparece. La fuerza que alinea las moleculas es
la electricidad y estos imanes se conocen como electroi-
manes.
Inducci6n
ELECTROIMANES· EI estudiante probablemente ha
observado por ahora que la accion de las cargas electricas
y la de los polos magneticos siguen reglas similares. Car-
Figura 3-6. Patron molecular en un material no magnetizado.
Figura 3-7. Patron molecular en un materia!" magnetizado.
gas y polos diferentes se atraen; cargas y polos iguales se
repelen.
Los primeros experimentadores en electricidad obser-
varon esta semejanza y, por consiguiente, buscaron un
eslabon entre la electricidad y el magnetismo. Se descu-
brio el primer eslabon al encontrarse que una corriente
electrica que fluye por un alambre produce un campo
magnetico alrededor de ese alambre. La forma del campo
magnetico que existe alrededor de un alambre que lleva
corriente difiere del que se encuentra alrededor de un
iman. Las lineas de fuerza alrededor del alambre son
circulares y tienen direccion (Fig. 3-8).
EI campo magnetico que existe alrededor de un solo
conductor es demasiado debit para tener algUn valor
practico; por tanto, tuvo que hallarse una manera para
reforzarlo. En primer lugar se encontro que si se forma-
ba una gaza 0 una espiral con elalambre, todas las lineas de
fuerza magneticas pasarian por el centro de la gaza y se
reforzarian entre si (Fig. 3-9). En seguida se observo que
las lineas de fuerza magneticas pasan con mayor facilidad
a traves de un material magnetico que a traves del aire. En
consecuencia se agrego una barra de hierro entre varias
gazas para formar una bobina. Al fluir una corriente pOT
INDICACION DE
LA BRUJULA
LiNEAS DE FUERZA
MAGN~TICAS
t/-,s !
I
CONDUCTOR

'-
I
/
/
-- "-~
FLUJO DE LA CORRIENTE
Figura 3-8. Lineas de fuerza alrededor de un alambre recto.
Corriente alterna 31

UNA SOLA GAZA
LiNEAS DE FUERZA
BRUJULA
~ N
~~
(
BOBINA
-- BOBINA DE ALAMBRE
---
_~+t-+
-
FLUJO DE LA
CORRIENTE
!Figura 3-9. Lineas de fuerza alrededor de una gaza de
alambre.
el alambre, la barra se magnetiza; adquiere un polo norte
y un polo sur, y puede atraer 0 repeler a otros materiales
magneticos. Esta acci6n es exactamente la misma que la
de los imanes en barra que se usaron al principio de este
capitulo, excepto por una diferencia importante. Se
puede iniciar 0 detener la acci6n magnetica de la barra
haciendo pasar 0 suspendiendo el paso de la corriente
electrica por la bobina (Fig. 3-10).
La fuerza se vuelve util cuando se Ie puede controlar.
La combinaci6n de la bobina de alambre y la barra 0
nuc1eo de hierro hacen que se pueda controlar la fuerza.
EI principio electrico de inducci6n se pone en uso pnic-
tico en los transformadores, generadores, motores, sole-
noides, relevadores y vibradores.
Al analizar el magnetismo y la inducci6n se utiliza con
frecuencia el termino polaridad. Un material 0 un dispo-
sitivo tiene polaridad cuando tiene puntos en los que
existen fuerzas opuestas. UnimilO tiene polaridad porque
tiene un polo norte y uno sur. Una bateria tiene polaridad
porque tiene una terminal positiva y una negativa. Los
dispositivos electromagneticos poseen tanto polos elec-
tricos positivos y negativos como polos magneticos norte
y sur. Una propiedad especial de los dispositivos electro-
magneticos es que estos polos se pueden intercambiar 0
invertir, bajo ciertas condiciones que se describen poste-
riormente en este capitulo. Si se dice que la polaridad de
un voltaje es opuesta a la de otro, simplemente se quiere
dar a entender que la direcci6n de la corriente que fluye
producida por uno de los voltajes es opuesta a la
~---
BRUJULA
CAMPO
MAGNETICO
direcci6n de la corriente producida por el otro. Si se
afirma que se invierte la polaridad de un voltaje, se quiere
dar a entender que se invierten los polos positivos y nega-
tivo y, como consecuencia, se invierte la direcci6n del
flujo de corriente.
Para comprender mejor el efecto que la inducci6n tiene
sobre un circuito, examinemos 10 que sucede en un elec-
troiman cuando se hace pasar una corriente 0 se suspende
FUENTE DE CC
DE 120 VOLTS
Figura 3-10. Circuito basico de un electrOlman.
I
II
i~
Ii

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