¿Todos los componentes obedecen la ley actual de Kirchhoff?

La ley actual de Kirchhoff establece que la corriente neta a través de un nodo siempre es 0. AFAIK esto se deriva del principio de conservación de carga. Mi pregunta es, ¿KCL es aplicable a algún componente eléctrico? Por ejemplo, ¿es aplicable a transistores, circuitos integrados, etc.

Mi opinión es que debería ser aplicable, porque de lo contrario, el componente estaría acumulando carga con el tiempo, lo que supongo que no es una condición estable o deseable (en general). Otra posibilidad sería que el componente sería "carga de fuga". Por ejemplo, el componente sería "lanzar carga al aire", etc. En este caso, el componente no está acumulando carga sino que la carga se está sacando del circuito. Supongo que esto tampoco sucede en general.

Entonces mi pregunta es, ¿es aplicable la ley actual de Kirchhoff a cualquier elemento del circuito? Por ejemplo, si sumo las corrientes a través de los pines de un circuito integrado en un momento dado teniendo en cuenta las direcciones actuales, ¿obtendré 0 amperios? De manera similar para cualquier otro elemento del circuito. ¿Hay algún caso en el que la corriente neta no sea de 0 amperios?

Tiene toda la razón: debido a la conservación de la carga, que es una consecuencia directa de la simetría de la electrodinámica y, por lo tanto, una ley natural irrompible (de acuerdo con todo el conocimiento actual), la suma de la corriente en todos los caminos posibles sumada en todo momento siempre es exactamente cero. En el caso de que la corriente no pase por conductores discretos, se conoce como la Ley de Gauss .

Para componentes electrónicos de la vida real, la ley actual de Kirchoff es exacta con la precisión de que toda la corriente fluye a través de los pines de los dispositivos. Esta suele ser una muy buena aproximación, ya que cualquier desequilibrio en la carga tiende a equilibrarse debido a la atracción eléctrica. Sin embargo, algunos componentes, como una pistola de electrones , rompen esto a propósito y, por lo tanto, desde una perspectiva de circuito, rompen explícitamente la ley de Kirchoff. Por supuesto, si se tiene en cuenta el flujo de electrones que sale, la ley actual se mantiene nuevamente.

Ahora hay una pequeña pero importante advertencia aquí: la carga solo debe conservarse al final, no en cada momento por separado. Eso significa que si hay un componente que almacena la carga neta , la corriente puede entrar allí, esperar una cantidad de tiempo como carga y la salida solo más tarde. Sin embargo, ningún componente práctico almacena una carga neta apreciable por un período de tiempo apreciable. Esto también es cierto para condensadores y baterías: un condensador almacena una cantidad igual de carga positiva y negativa en sus placas, mientras que una batería tiene iones cargados positivamente y cargados negativamente que fluyen (como corriente eléctrica) para encontrarse entre sí cuando el circuito está en operación. En ambos casos, la redcarga es cero en todo momento, por lo que la carga total es constante y la ley actual de Kirchoff aún se mantiene. Lo mismo ocurre con las memorias Flash , es decir, la carga almacenada está equilibrada por un agujero en el semiconductor.

Sin embargo, como señala The Photon en su respuesta, para componentes como antenas, puede haber un retraso de tiempo pequeño pero finito entre la corriente que ingresa a un componente y sale de él.

Sin embargo, para todos los propósitos electrónicos prácticos, por ejemplo, un CI complicado como lo menciona específicamente el OP, la ley actual de Kirchoff se cumple exactamente.

Las leyes de circuito de Kirchoff se aplican a los circuitos de elementos agrupados .

Si su circuito contiene elementos distribuidos, como líneas de transmisión y antenas, no puede contar con que KCL se aplique absolutamente.

Por ejemplo, en un análisis transitorio, la corriente puede fluir momentáneamente a una antena, sin fluir a ningún otro nodo del circuito, al menos hasta medio ciclo más tarde. Si tuviéramos que hacer un análisis electromagnético completo de la situación, presumiblemente podríamos identificar una corriente de desplazamiento desde la antena a la tierra circundante y otros elementos del circuito, pero generalmente dicho análisis es demasiado complicado para ser manejable.

Las leyes de Kirchoff suponen que podemos dividir nuestro circuito en "componentes" donde toda la carga entra y sale de los componentes a través de un pin y esos componentes no tienen carga neta.

Esto es solo una aproximación de la realidad. Todos los componentes del mundo real tienen capacitancia entre sí y con el universo en general. Cuando los voltajes cambian, esta capacitancia parásita debe cargarse o descargarse, lo que significa una transferencia neta de carga entre los componentes. Cuando los componentes se mueven físicamente, la capacitancia entre ellos cambia y se necesita un movimiento de carga neta para mantener los voltajes iguales.

¿Eso afectará a ser medible? eso depende mucho de las velocidades a las que funciona su circuito y del tamaño de sus componentes.