Máy photocopy – tìm hiểu nguyên lý hoạt động của nó
công ty Big B đôi khi mắc những sai lầm lớn. Khi nhà phát minh người Mỹ Chester Carlson (1906–1968) tiếp cận một số tập đoàn lớn nhất thế giới với ý tưởng của ông về máy photocopy, trong những năm 1940, họ đơn giản không muốn biết. Họ không thể tưởng tượng ai sẽ muốn tạo ra nhiều bản sao tài liệu. Carlson phải mất nhiều năm để biến ý tưởng thành một trong những phát minh văn phòng quan trọng nhất của thế kỷ 20 – và những công ty này đã tự khởi đầu khi họ nhận ra cơ hội lớn như thế nào họ đã bỏ lỡ. Máy photocopy trông phức tạp, nhưng chúng hoạt động bằng hai phần khoa học khá đơn giản. Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn bên trong!
Ảnh: Một máy photocopy điển hình trong một thư viện công cộng. Điều này được thực hiện bởi Gestetner và, không giống như nhiều máy photocopy văn phòng, không có một feeder sheet được xây dựng vào đầu (vì nó chủ yếu được sử dụng để sao chép sách). Các bản sao giấy hoàn chỉnh cuộn tròn qua cơ chế và xuất hiện trong không gian trống mà bạn có thể nhìn thấy bên dưới. Các ngăn kéo ở phía dưới giữ giấy phụ tùng.
Tĩnh điện: một loại gọn gàng của keo!
Bạn đã bao giờ thử lừa bên đó, nơi bạn chà một quả bóng trên áo thun của bạn 20 hoặc 30 lần? Nếu bạn chà xát đủ, bạn có thể làm cho quả bóng dính vào quần áo của bạn một mình. Những gì bạn thấy không phải là ma thuật: đó là tĩnh điện . Khi bạn xoa bóng, bạn sẽ sạc điện. Đồng thời, bạn cung cấp cho áo thun của bạn một điện tích ngược lại. Không giống như chi phí thu hút, do đó, các quả bóng dính vào bạn.
Một quả bóng màu tím dính vào một chiếc áo thun sọc màu xanh và trắng bằng điện tĩnh.
Ảnh: Nhìn kìa, không tay! Tĩnh điện có thể “keo” mọi thứ với nhau bằng cách sử dụng điện tích đối diện. Khoa học này được đưa vào sử dụng thực tế bên trong máy photocopy.
Điều này xảy ra như thế nào? Khi bạn xoa bóng, các electron (các hạt tích điện âm nhỏ bên trong các nguyên tử mang điện) di chuyển từ áo thun của bạn lên quả bóng. Nói cách khác, quả bóng thu được nhiều electron hơn mức cần thiết và nhận được một điện tích âm tổng thể. Kể từ khi các electron đã để lại áo thun của bạn, nó có ít electron hơn nó cần và điện tích dương tổng thể. Bây giờ mọi thứ có điện tích giống như nam châm . Hai đối tượng có điện tích ngược lại có xu hướng di chuyển về phía nhau, hoặc thu hút, giống như hai nam châm có cực đối diện. (Bài viết của chúng tôi về tĩnh điện giải thích tất cả điều này chi tiết hơn nhiều.)
Ánh sáng phải làm gì với điện?
Tĩnh điện là một trong hai thủ thuật khoa học mà làm cho một máy photocopy làm việc. Bây giờ chúng ta hãy khám phá khác: quang điện .
Nếu bạn tin những gì bạn đọc trong sách khoa học, bạn có thể nghĩ ánh sáng và điện là những thứ hoàn toàn khác nhau. Ánh sáng đến từ mặt trời và quyền hạn những thứ như đèn pin; điện chảy vòng dây và làm cho những thứ như máy hút bụi và tủ lạnh hoạt động. Vì vậy, ánh sáng không có gì để làm với điện, phải không? Sai rồi! Ánh sáng thực sự là một loại điện . Một tia sáng là một làn sóng cực nhanh của điện và từ tính vặn qua lại và zapping qua không gian. Điều đó giúp chúng ta giải thích cách năng lượng mặt trời (tạo ra điện từ ánh sáng mặt trời) hoạt động. Khi ánh sáng mặt trời chiếu vào một tấm pin mặt trời, các tế bào mặt trờibên trong nó hấp thụ năng lượng điện trong ánh sáng và chuyển nó trở lại thành dòng điện (dòng electron) có thể được sử dụng để cấp năng lượng cho cái gì đó.
Có một cái gì đó tương tự như một tế bào năng lượng mặt trời trong một máy photocopy và nó được gọi là một chất quang điện . Thay vì tạo ra dòng điện khi ánh sáng chiếu vào nó, nó sẽ chụp lại ánh sáng như một dạng tĩnh điện. Sử dụng cái này là gì? Giả sử bạn tỏa sáng một đèn pin trên tay để tạo ra hình ảnh bóng của tai thỏ trên tường. Nhưng thay vì chiếu bóng trên tường, bạn chiếu nó lên một chất quang điện. Một số bộ phận của chất quang điện sẽ được chiếu sáng rực rỡ (nơi ánh sáng truyền qua tay bạn) và một số bộ phận sẽ tối (nơi tay bạn tạo bóng). Các chất quang điện sẽ thu được một điện tích, nơi nó là ánh sáng và không có phí, nơi nó là tối. Nói cách khác, nó sẽ có một loại “bản sao điện” của bàn tay của bạn. Đây là chìa khóa để làm thế nào một máy photocopy hoạt động.
Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học cho thấy vị trí của selen.
Tác phẩm nghệ thuật: Selenium — sức mạnh đằng sau những chiếc máy photocopy sớm – là một nguyên tố hóa học tương đối hiếm, hiếm hoi trong cùng một nhóm (16, trước đây gọi là VI, VIA, và VIB) là oxy và lưu huỳnh.
Vậy vật liệu quang học ma thuật này là gì? Máy photocopy sớm sử dụng các chất quang dẫn được làm từ dạng thủy tinh (thủy tinh) của selenium nguyên tố hóa học hiếm ; những người sau này sử dụng các vật liệu cải tiến như selenium telluride, đã chứng minh tốt hơn cho việc sao chép âm lượng cao. Selenium đã được đánh giá cao về khả năng biến ánh sáng thành điện từ thập niên 1870, ban đầu được phát hiện bởi kỹ sư điện người Anh Willoughby Smith và sau đó được phát triển bởi giáo sư khoa học William Grylls Adams , và sinh viên Richard Evans Day. Công việc của họ – kết hôn với ánh sáng và điện – mở đường cho truyền hình , các tế bào quang điện, các tế bào năng lượng mặt trời—Và tất nhiên là máy photocopy. Máy photocopy hiện đại có khuynh hướng phân phối với selen có lợi cho các polyme quang dẫn (nhựa).
Viết bằng ánh sáng
Sau rất nhiều nghiên cứu và tinkering trong phòng thí nghiệm của mình, Chester Carlson đã tìm ra cách ông có thể sử dụng hai bit khoa học này – tĩnh điện và quang điện – để giúp ông tạo ra các bản sao tài liệu.
Giả sử bạn muốn sao chép một trang từ một cuốn sách. Nếu bạn tỏa sáng cực kỳ ánh sáng rực rỡ trên cuốn sách, bạn có thể tạo ra một bóng của các nhân vật màu đen và trắng trên trang, giống như đúc một bóng của bàn tay của bạn. Nếu bạn chiếu ánh sáng lên trang ở một góc, nó không phản chiếu thẳng về phía sau: nó bị trả lại ở một góc. Vì vậy, bằng cách chiếu ánh sáng ở một góc, bạn có thể ném một bóng của trang lên một đối tượng khác. Giả sử bạn đặt một chất quang điện gần đó và ném hình ảnh của trang lên đó. Bạn sẽ không tạo ra một bóng trên chất quang – bạn sẽ tạo ra một dạng điện tích: một phiên bản điện của một cái bóng. Bây giờ nếu chúng ta rắc bột mực trên chất quang, các hạt mực sẽ dính vào các vùng tích điện của “bóng điện” này giống như những quả bóng nhỏ bé nhỏ dính vào áo thun của bạn. Tất cả những gì chúng ta phải làm sau đó là nhấn một mảnh giấy lên chất quang để nhấc mực ra. Xin chào, giấy có bản sao của trang gốc! Toàn bộ quá trình này, mà Carlson đặt tênxerography (kết hợp hai từ tiếng Hy Lạp có nghĩa là “viết khô”), được tự động bên trong máy photocopy và có thể xảy ra lặp đi lặp lại rất nhanh chóng.
Trong trường hợp đó không rõ ràng, tôi sẽ đi qua tất cả một lần nữa, chính xác như nó xảy ra bên trong máy photocopy, trong hộp dưới đây.
