Tutti i componenti obbediscono alla Legge attuale di Kirchhoff?

La Legge corrente di Kirchhoff afferma che la corrente netta attraverso un nodo è sempre 0. AFAIK questo deriva dal principio di conservazione della carica. La mia domanda è: KCL è applicabile a qualsiasi componente elettrico? Ad esempio è applicabile a transistor, circuiti integrati, ecc.

Il mio pensiero è che dovrebbe essere applicabile, perché altrimenti il ​​componente accumulerebbe carica nel tempo, che presumo non sia una condizione stabile o desiderabile (in generale). Un'altra possibilità sarebbe che il componente sarebbe "carica che perde". Ad esempio, il componente dovrebbe "lanciare carica nell'aria" ecc. In questo caso, il componente non sta accumulando carica ma la carica viene spostata fuori dal circuito. Immagino che ciò non accada anche in generale.

Quindi la mia domanda è: la legge attuale di Kirchhoff è applicabile a qualsiasi elemento circuitale? Ad esempio, se sommo le correnti attraverso i pin di un circuito integrato in un determinato momento prendendo in considerazione le direzioni correnti, otterrò 0 ampere? Allo stesso modo per qualsiasi altro elemento circuitale. Ci sono casi in cui la corrente netta non è 0 ampere?

Hai esattamente ragione: a causa della conservazione della carica, che è una conseguenza diretta della simmetria di calibro dell'elettrodinamica e quindi una legge infrangibile (secondo tutte le conoscenze attuali) della natura, la somma della corrente su tutti i possibili percorsi riassunti nel tempo è sempre esattamente zero. Nel caso in cui la corrente non attraversi conduttori discreti, è nota come Legge di Gauss .

Per i componenti elettronici della vita reale, la legge attuale di Kirchoff è esatta per l'accuratezza che tutta la corrente scorre attraverso i pin dei dispositivi. Di solito si tratta di un'approssimazione molto buona, poiché qualsiasi squilibrio in carica tende ad equilibrarsi a causa dell'attrazione elettrica. Alcuni componenti però, come un cannone elettronico , lo rompono di proposito, e quindi dal punto di vista del circuito infrangono esplicitamente la legge di Kirchoff. Naturalmente se si tiene conto del flusso di elettroni che fuoriescono, la legge attuale vale di nuovo.

Ora c'è un piccolo ma importante avvertimento qui: la carica deve solo essere conservata alla fine, non in ogni momento separatamente. Ciò significa che se c'è un componente che memorizza la spesa netta , la corrente può entrare lì, attendere un certo lasso di tempo come carica e l'uscita solo in seguito. Tuttavia, nessun componente pratico memorizza un costo netto apprezzabile per un periodo di tempo apprezzabile. Questo vale anche per condensatori e batterie: un condensatore immagazzina una quantità uguale di carica positiva e negativa sulle sue piastre, mentre una batteria ha ioni caricati positivamente e caricati negativamente che scorrono (come corrente elettrica) per incontrarsi quando il circuito è in operazione. In entrambi i casi, la retela carica è sempre zero, quindi la carica totale è costante e la legge attuale di Kirchoff è ancora valida. Lo stesso vale anche per le memorie Flash , ovvero la carica memorizzata è bilanciata da un foro nel semiconduttore.

Tuttavia, come sottolinea The Photon nella sua risposta, per componenti come le antenne, potrebbe esserci un piccolo ma limitato ritardo tra la corrente che entra in un componente e l'uscita.

Tuttavia, per tutti gli scopi pratici dell'elettronica, ad esempio un circuito integrato complicato, come specificamente menzionato dall'OP, l'attuale legge di Kirchoff vale esattamente.

Le leggi sui circuiti di Kirchoff si applicano ai circuiti di elementi raggruppati .

Se il tuo circuito contiene elementi distribuiti, come linee di trasmissione e antenne, non puoi contare sul fatto che KCL si applichi assolutamente.

Ad esempio, in un'analisi transitoria la corrente può fluire momentaneamente in un'antenna, senza fluire verso nessun altro nodo del circuito, almeno fino a 1/2 ciclo più tardi. Se dovessimo fare un'analisi elettromagnetica completa della situazione, potremmo presumibilmente identificare una corrente di spostamento dall'antenna alla terra circostante e ad altri elementi del circuito, ma di solito tale analisi è troppo complicata per essere rintracciabile.

Le leggi di Kirchoff presuppongono che possiamo dividere il nostro circuito in "componenti" in cui tutta la carica entra ed esce dai componenti attraverso un pin e che i componenti non hanno costi netti.

Questa è solo un'approssimazione della realtà. Tutti i componenti del mondo reale hanno una capacità reciproca e l'universo in generale. Quando le tensioni cambiano, questa capacità parassita deve essere caricata o scaricata, il che significa un trasferimento netto di carica tra i componenti. Quando i componenti muovono fisicamente la capacità tra loro cambia, è necessario un movimento di carica netto per mantenere le tensioni uguali.

Questo effetto sarà misurabile? dipende molto dalla velocità con cui il circuito funziona e dalle dimensioni dei componenti.