vi Contents Chapter 1 Safety . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 Importance of Safety. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 Safe Work Practices. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 Safe Use of Tools and Equipment . . . . . . . . . . . . . . . . .6 Special Safety Rules for the Electrical Laboratory. . .6 Special Safety Rules for Soldering . . . . . . . . . . . . . . . .9 OSHA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Chapter 2 Electrons. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Electricity—An Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Classifi cation of Elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Ionization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Conductors and Insulators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 Law of Charges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 Wire Sizes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 Chapter 3 Volts, Amperes, Ohms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 The Basics of Any Electrical Circuit. . . . . . . . . . . . . . 21 Resistance and Conductor Size. . . . . . . . . . . . . . . . . .23 Resistor Color Code . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26 Chapter 4 Meters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 Basic Electrical Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . .30 Analog Meters and Digital Meters. . . . . . . . . . . . . . . 31 Meter Connections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36 Analog or Digital Meters—Which One Is Best?. . . .36 Meter Precautions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 Chapter 5 Ohm’s Law . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 The Simple Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 Ohm’s Law . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 Overload Protection of Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . .43 Circuits and Switches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45 Chapter 6 Power . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 Power. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 Watt’s Law . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 Horsepower . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .53 Earth and the Environment: How to Conserve Electrical Power. . . . . . . . . . . .54 Electric Motors. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .55 Chapter 7 Series Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 Series Circuit Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 Voltage Drop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .60 Applications. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 Chapter 8 Parallel Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 Parallel Circuit Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . .66 Equal Resistors in Parallel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .66 Unequal Resistors in Parallel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 Conductance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .68 Two or More Resistors in Parallel. . . . . . . . . . . . . . . . 69 Applications. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 Chapter 9 Series-Parallel Circuits. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 Series-Parallel (Combination) Circuit Characteristics. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .77 Equivalent Resistance. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .77 Bridge Circuits. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 Chapter 10 Sources of Electricity—Cell and Batteries. . . . . 82 Voltage. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .83 Sources of Electricity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .83 The Voltaic Cell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .83 Cell Connections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .84 Primary Cells. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .84 Secondary Cells. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .86 Testing a Battery . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .89 Series and Parallel Connections . . . . . . . . . . . . . . . . .89 Battery Capacity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .90 Chapter 11 Sources of Electricity— Friction, Heat, Pressure, Light. . . . . . . . . . . . . . 92 Sources of Electricity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .93 Voltage from Friction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .93 Voltage from Heat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .94 Voltage from Pressure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .94 Voltage from Light . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .95 Chapter 12 Magnetism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 History of Magnetism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .98 Lodestones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .98 Permanent Magnets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .98 Laws of Magnetism. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .99 Magnetic Field Pictures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .99 Electricity and Magnetism. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 Electromagnets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 Relays . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 Solenoids as Switches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102