Tous les composants obéissent-ils à la loi actuelle de Kirchhoff?

La loi actuelle de Kirchhoff stipule que le courant net à travers un nœud est toujours 0. AFAIK cela découle du principe de conservation de la charge. Ma question est la suivante: la KCL est-elle applicable à tout composant électrique? Par exemple, est-il applicable aux transistors, aux circuits intégrés, etc.

Je pense que cela devrait être applicable, car sinon, le composant accumulerait une charge au fil du temps, ce qui, je présume, n'est pas un état stable ou souhaitable (en général). Une autre possibilité serait que le composant présente une "fuite de charge". Par exemple, le composant serait de "lancer une charge dans l'air", etc. Dans ce cas, le composant n'accumule pas de charge mais la charge est déplacée hors du circuit. Je suppose que cela ne se produit pas également en général.

Ma question est donc la suivante: la loi actuelle de Kirchhoff est-elle applicable à tout élément de circuit? Par exemple, si j'additionne les courants à travers les broches d'un circuit intégré à un moment donné en tenant compte des directions de courant, vais-je obtenir 0 ampères? De même pour tout autre élément de circuit. Y a-t-il des cas où le courant net n'est pas de 0 ampère?

Vous avez tout à fait raison: en raison de la conservation de la charge, qui est une conséquence directe de la symétrie de jauge de l'électrodynamique et donc une loi de la nature incassable (selon toutes les connaissances actuelles), la somme du courant sur tous les chemins possibles additionnée au fil du temps est toujours exactement nul. Dans le cas où le courant ne passe pas par des conducteurs discrets, il est connu sous le nom de loi de Gauss .

Pour les composants électroniques réels, la loi actuelle de Kirchoff est exacte avec la précision que tout le courant passe à travers les broches des appareils. Il s'agit généralement d'une très bonne approximation, car tout déséquilibre de charge a tendance à être équilibré en raison de l'attraction électrique. Cependant, certains composants, comme un canon à électrons , brisent cela exprès, et donc du point de vue du circuit, violent explicitement la loi de Kirchoff. Bien sûr, si vous tenez compte du flux d'électrons qui sort, la loi actuelle tient de nouveau.

Maintenant, il y a une petite mais importante mise en garde ici: la charge ne doit être conservée qu'à la fin, pas à chaque instant séparément. Cela signifie que s'il y a un composant qui stocke la charge nette , le courant peut y entrer, attendre un certain temps en tant que charge et la sortie uniquement plus tard. Cependant, aucun composant pratique ne stocke une charge nette appréciable pour une durée appréciable. Cela est également vrai pour les condensateurs et les batteries: un condensateur stocke une quantité égale de charge positive et négative sur ses plaques, tandis qu'une batterie a des ions chargés positivement et négativement qui s'écoulent (sous forme de courant électrique) pour se rencontrer lorsque le circuit est en opération. Dans les deux cas, le filetla charge est nulle à tout moment, et donc la charge totale est constante, et la loi actuelle de Kirchoff est toujours valable. Il en va de même pour les mémoires Flash , c'est-à-dire que la charge stockée est équilibrée par un trou dans le semi-conducteur.

Cependant, comme le souligne The Photon dans sa réponse, pour les composants tels que les antennes, il peut y avoir un délai petit mais fini entre le courant entrant dans un composant et le sortant.

Néanmoins, à toutes fins électroniques pratiques, par exemple un circuit intégré complexe tel que spécifiquement mentionné par l'OP, la loi actuelle de Kirchoff est exacte.

Les lois de Kirchoff sur les circuits s'appliquent aux circuits d' éléments localisés .

Si votre circuit contient des éléments distribués, tels que des lignes de transmission et des antennes, vous ne pouvez pas compter sur l'application KCL absolument.

Par exemple, dans une analyse transitoire, le courant peut passer momentanément dans une antenne, sans s'écouler vers un autre nœud de circuit, au moins jusqu'à 1/2 cycle plus tard. Si nous devions faire une analyse électromagnétique complète de la situation, nous pourrions vraisemblablement identifier un courant de déplacement de l'antenne vers le sol environnant et d'autres éléments de circuit, mais généralement une telle analyse est trop compliquée pour être traitable.

Les lois de Kirchoffs supposent que nous pouvons diviser notre circuit en "composants" où toute charge entre et sort des composants via une broche et que les composants n'ont pas de charge nette.

Ce n'est qu'une approximation de la réalité. Tous les composants du monde réel ont une capacité les uns par rapport aux autres et à l'univers en général. Lorsque les tensions changent, cette capacité parasite doit être chargée ou déchargée, ce qui signifie un transfert net de charge entre les composants. Lorsque les composants se déplacent physiquement, la capacité entre eux change et un mouvement de charge net est nécessaire pour maintenir les tensions identiques.

Cet effet sera-t-il mesurable? cela dépend beaucoup des vitesses de fonctionnement de votre circuit et de la taille de vos composants.