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Como funcionam as copiadoras por Ann Meeker-O'Connell - traduzido por HowStuffWorks Brasil 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Introdução Princípios básicos Cilindro fotorreceptor Fios corona Lâmpada e lentes Toner Juntando todas as peças

Introdução Entre em qualquer escritório e você provavelmente vai encontrar uma máquina copiadora. Para a maioria das empresas, pequenas ou grandes, a copiadora se tornou um equipamento padrão, como uma mesa e uma cadeira.

Foto: cortesia da Xerox

Uma copiadora típica da Xerox

E se você tivesse que voltar a fazer cópias de documentos importantes em carbono, como muitas pessoas faziam antes das copiadoras serem inventadas? Ou pior, imagine o tédio que seria se você tivesse que refazer cópias de tudo à mão! A maioria de nós não pensa no que acontece dentro de uma copiadora enquanto esperamos que as cópias saiam na bandeja, mas é incrível imaginar que, em poucos segundos, você pode produzir uma réplica exata do que está em uma folha de papel. Neste artigo, falaremos sobre o que acontece depois que você aperta o botão "Start" em uma máquina copiadora.


Princípios básicos Para a pessoa que vai fazer a cópia, estes são o passos: • levantar a tampa da copiadora • colocar o documento original virado para baixo sobre o vidro • selecionar as opções desejadas (número de páginas, ampliações, mais claro/mais escuro) • apertar o botão Start O que acontece dentro da copiadora neste momento é incrível. Uma copiadora funciona devido a um princípio básico da física: cargas opostas se atraem. Quando criança, você provavelmente brincou com eletricidade estática e bexigas. Em um dia seco de inverno, ao esfregar uma bexiga em uma blusa de lã, cria-se eletricidade estática suficiente na bexiga para criar força perceptível. Por exemplo, uma bexiga carregada com eletricidade estática atrai pequenos pedaços de papel ou partículas de açúcar com facilidade. A copiadora usa um processo semelhante: •

dentro da copiadora existe um cilindro especial. O cilindro funciona como uma bexiga - você pode carregá-lo com um tipo de eletricidade estática; dentro da copiadora existe também um pó preto muito fino chamado de toner. O cilindro, carregado com eletricidade estática, pode atrair as partículas do toner.

Há três coisas no cilindro e no toner que permitem que a copiadora faça sua mágica: •

o cilindro pode ser carregado de maneira seletiva, em que apenas algumas partes dele atraiam o toner. Em uma copiadora, você faz uma "imagem" - em eletricidade estática - na superfície do cilindro. Onde a folha de papel original é preta, você cria eletricidade estática no cilindro. Onde é branca, não. É necessário que as áreas brancas do papel original NÃO atraiam toner. A maneira seletiva como isto é feito em uma copiadora é através da luz - por isso o nome de fotocópia;


o toner tem que grudar no cilindro e depois no papel. O cilindro atrai toner de forma seletiva, então a folha de papel é carregada com eletricidade estática e atrai o toner do cilindro; o toner é sensível ao calor, então as partículas soltas de toner grudam (fundem-se) no papel com o calor assim que se soltam do cilindro.

O cilindro, ou correia, é feito de material fotocondutor. As etapas envolvidas no processo de fazer uma cópia são: • •

a superfície do cilindro é carregada; um feixe intenso de luz se move pelo papel que você colocou na superfície de vidro da copiadora. A luz reflete nas áreas brancas do papel e chega até o cilindro abaixo dela; no lugar que um fóton de luz atingir, elétrons serão emitidos dosátomos fotocondutores no cilindro e neutralizarão as cargas positivas acima. Áreas escuras no original (como figuras ou texto) não refletem luz para o cilindro, deixando regiões com cargas positivas na superfície do cilindro; um pigmento preto seco e com carga negativa, chamado toner, é esparramado na superfície do cilindro e as partículas de pigmento aderem às cargas positivas; uma folha de papel com carga positiva passa, em seguida, pela superfície do cilindro, atraindo as bolinhas de toner e fazendo com que elas desgrudem do cilindro; o papel é aquecido e pressionado para fundir a imagem formada pelo toner na sua superfície.

O diagrama a seguir ajuda a visualizar o processo:


Quando a copiadora ilumina a folha de papel que está na superfície de vidro, um modelo da imagem é projetado no cilindro de fusão carregado com carga positiva. A luz que reflete das áreas em branco da página atinge o cilindro e neutraliza as partículas carregadas que cobrem a sua superfície. Assim a carga positiva permanece somente onde houver áreas escuras no papel e que não refletiram a luz. Estas cargas positivas atraem o toner, que está com carga negativa. O toner é transferido e fundido a uma folha de papel com carga positiva.

A copiadora por dentro

Se você abrir uma máquina copiadora, vai ficar confuso com a quantidade de peças diferentes. No entanto, o processo da fotocópia em si depende de apenas algumas peças importantes: • • • • •

cilindro fotorreceptor (ou correia) fios corona lâmpada e lente toner fusor

Nos próximos capítulos, você vai aprender sobre cada uma destas peças.


Cilindro fotorreceptor O cilindro fotorreceptor (ou correia) é o coração do sistema. Um cilindro é basicamente um rolo de metal coberto por uma camada de material fotocondutor. Esta camada é feita de um semicondutor, como o selênio, o germânio ou o silicone. O interessante em elementos como o selênio é que eles podem conduzir eletricidade em alguns casos, mas não em outros. No escuro, a camada fotocondutora do cilindro funciona como um isolante, resistindo à corrente de elétrons de um átomo para outro. Mas quando a camada é atingida por luz, a energia dos fótons libera elétrons e permite que a corrente passe. Esses elétrons liberados neutralizam a carga positiva que cobre o cilindro para formar a imagem ainda invisível. É fácil imaginar como projetar a cópia de uma imagem em uma esteira fotorreceptora que tem praticamente as mesmas dimensões da folha de papel que contém a Vários cilindros de copiadoras imagem. O problema é quando tentamos imaginar a mesma coisa, mas em um cilindro fino. Como a área da superfície do cilindro pode ser compatível com o tamanho de uma folha de papel? A solução é simplesmente rodar o cilindro enquanto você faz a cópia. Se você rodar o cilindro de forma síncrona com o movimento do feixe de luz que passa pelo documento original, pode formar a imagem tira por tira. Depois que uma tira de luz foca uma parte do cilindro, ele roda para expor uma área nova do fotocondutor. Enquanto isso, a parte previamente exposta do cilindro entra em contato com o toner e depois com o papel. Como o comprimento de uma pagina padrão é muito maior do que a circunferência do cilindro em uma copiadora moderna, uma rotação completa do cilindro replica somente um pedaço pequeno da página. O cilindro na realidade tem que ser limpo, recarregado com íons, exposto a fótons e pulverizado com toner várias vezes para duplicar o original completo. Para quem observa, o processo parece contínuo, pois é milimetricamente coordenado dentro da máquina à medida que o cilindro roda.

Fios corona Para uma copiadora funcionar, um campo de carga positiva deve ser gerado na superfície do cilindro e do papel que vai ser usado na cópia. Estas tarefas são realizadas pelos fios corona. Estes fios


são expostos a alta voltagem, que em seguida transferem o campo de carga positiva para o cilindro e para o papel na forma de eletricidade estática.

Foto: cortesia da Xerox

O fio corona usa eletricidade estática para cobrir tanto o cilindro fotorreceptor quanto o papel de cópia com uma camada de íons carregados com carga positiva

Um destes fios é esticado paralelamente à superfície do cilindro e carrega a superfície fotocondutora com íons positivos. O outro fio é posicionado para cobrir a superfície do papel quando ele está a caminho do cilindro.

Lâmpada e lentes Fazer uma fotocópia requer uma fonte de luz com energia suficiente para fazer os elétrons saírem dos átomos fotocondutores. Que ondas de luz podem fazer isso? A maior parte do espectro visível de luz contém energia suficiente para conduzir o processo, principalmente a parte verde e azul do espectro. Qualquer coisa abaixo da porção vermelha do espectro visível não tem força suficiente para ativar o fotocondutor. E, apesar da luz ultra-violeta ser mais eficiente para fazer uma fotocópia, ela pode ser muito nociva para os olhos e pele. É por isso que as copiadoras usam uma lâmpada fluorescente ou incandescente comum para jogar luz no documento original.


Uma lâmpada forte ilumina a folha de papel que será copiada

Quando a lâmpada é acesa, ela se move dentro da copiadora, iluminando uma tira de papel de cada vez. Um espelho preso ao conjunto da lâmpada direciona a luz refletida através de uma lente para o cilindro rotativo abaixo dela. A lente trabalha como uma lente de máquina fotográfica. Permite que você foque uma cópia da imagem em um lugar específico. Apesar de você não poder focar a imagem em uma copiadora para fazer o produto final ficar mais ou menos borrado, você pode mudar a distância entre a lente e o original ou entre a lente e o cilindro para reduzir ou ampliar o tamanho da imagem original na cópia.

Toner O toner às vezes é chamado de tinta seca, mas o toner na verdade não é tinta. Tinta é um pigmento líquido. O toner é um pó fino com carga negativa e à base de plástico. A cor preta do toner vem de pigmentos misturados às partículas de plástico durante a sua fabricação. Na copiadora, o toner fica preso em esferas maiores, com carga positiva, e armazenado dentro de um cartucho. Quando as esferas cobertas de toner rolam sobre o cilindro, as partículas de toner acham os íons, com carga positiva nas áreas que não foram expostas na superfície do cilindro, mais atraentes do que a

Foto: cortesia da Xerox

Uma pequena esfera coberta de partículas de toner


esfera com carga mais fraca. Em seguida, as mesmas partículas são ainda mais atraídas pelo papel com carga estática. O plástico no toner evita que ele se solte do papel; para isto, basta aplicar calor ao toner e as partículas derretem e fundem o pigmento ao papel.

O fusor

O fusor dá o acabamento que torna permanente a imagem feita de toner no papel. O fusor tem que executar duas funções: • •

derreter e pressionar a imagem de toner no papel evitar que o toner derretido e/ou o papel grudem no fusor

Para estas tarefas, bastam lâmpadas de quartzo e rolos revestidos de Teflon. A folha de papel passa entre dois rolos. Os rolos pressionam a página para fazer o toner penetrar na fibra do papel. Enquanto isso, dentro dos rolos, as lâmpadas estão acesas, gerando calor suficiente para derreter o toner. Por que o toner não derrete e gruda nos rolos? Do mesmo jeito que revestimentos antiaderentes evitam que a comida grude no fundo da panela, o revestimento de Teflon dos rolos não deixa o toner nem o papel grudarem neles.

Juntando todas as peças Em uma copiadora, a condutividade induzida por luz do cilindro é explorada para criar uma imagem invisível em forma de cargas elétricas na superfície do cilindro. Esta imagem torna-se visível e é transferida para o papel usando um toner especial, com carga. Veja a seqüência abaixo para saber como tudo se encaixa. 1.

Para a copiadora fazer sua mágica, a superfície do material fotocondutor deve primeiro ser revestida por uma camada de íons com carga positiva, o que é feito pelo fio corona.


Antes de você apertar o botão “Start”, a superfície fotocondutora (de selênio, germânio ou silicone) do cilindro já está coberta com uma carga positiva

2.

Quando você aperta o botão "Start", uma lâmpada forte se move dentro da copiadora, lança luz sobre o papel que você está copiando e o cilindro começa a rodar. Conforme a luz reflete nas áreas brancas do papel, espelhos a direcionam para a superfície do cilindro. Da mesma maneira que roupas escuras em um dia de sol, as áreas escuras do original absorvem a luz, e as áreas correspondentes na superfície do cilindro não são iluminadas.

3.

Nos lugares em que a luz atinge o cilindro, a energia dos fótons faz os elétrons saírem dos átomos fotocondutores.

4.

Os opostos se atraem - os íons com carga positiva que revestem a camada fotocondutora atraem os elétrons liberados. A união de um íon e um elétron produz uma partícula neutra. Partículas carregadas permanecem somente onde a luz não atingiu o cilindro porque ela não foi refletida do original - os espaços escuros ocupados por texto e figuras na página. Esta parte do processo lembra a forma como a máquina fotográfica tira uma foto. Se você já leu Como funciona o filme fotográfico, sabe que quando o filme é exposto à luz, a energia dos fótons causa mudanças químicas nos grãos de haleto de prata que revestem o filme. Isto cria uma imagem negativa daquilo que você vê pelo visor. Na copiadora, no entanto, você tem uma imagem real criada a partir de um padrão de cargas positivas que ficaram após a exposição à luz. E, enquanto você precisa revelar um filme usando processos químicos e imprimi-lo em papel fotográfico fotossensível, a copiadora produz uma imagem visível apenas com tinta seca, calor e papel comum.


5.

Tensão é aplicada ao núcleo de alumínio do cilindro. Como a luz torna o selênio condutor, a corrente pode fluir pela camada fotocondutora enquanto o cilindro é iluminado e os elétrons liberados pelos átomos são rapidamente substituídos pelos elétrons que formam a corrente que flui através do cilindro.

6.

As áreas expostas do cilindro passam por rolos cobertos de esferas de toner. Minúsculas partículas de toner são pressionadas contra a superfície do cilindro. As partículas de toner à base de plástico têm carga negativa e são atraídas às áreas com carga positiva que permanecem na superfície do cilindro.

7.

O fio corona passa sobre uma folha de papel para que sua superfície receba carga elétrica.

8.

A área do cilindro que recebeu o toner gira e entra em contato com a folha de papel com carga positiva. O campo elétrico que envolve o papel exerce uma atração maior do que os íons que revestem a superfície do cilindro e as partículas de toner grudam no papel conforme o cilindro passa por ele.

9.

Quando o original foi inteiramente copiado em toner na página, o papel segue em frente até o fusor. A fraca atração entre as partículas de toner e a superfície da folha de papel pode ser facilmente interrompida. Para fixar a imagem de toner na superfície do papel, a folha inteira passa pelos rolos aquecidos do fusor. O calor derrete o material plástico no toner e funde o pigmento na página.

Quando você pega a cópia na bandeja, a copiadora já se preparou para a próxima rodada ao limpar a superfície do cilindro e aplicar uma nova camada de íons com carga positiva nele.


Como funcionam as copiadoras