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Genauigkeit und Präzision
Wissenschaftler machen in der Regel wiederholte Messungen einer Größe, um die Qualität ihrer Ergebnisse sicherzustellen und sowohl die Präzision als a…
Wissenschaftler führen während der Experimente wiederholte Messungen einer Größe durch, um sicherzustellen, dass ihre Ergebnisse genau und präzise sind.
Die Genauigkeit einer Messung ist der Grad der Nähe der Ergebnisse zum wahren oder akzeptierten Wert.
Nehmen wir zwei Studenten, A und B, die wiederholt einen Goldbarren gewogen haben, von dem bekannt ist, dass er eine wahre Masse von 10 Gramm hat. Die Studierenden A und B berichteten jeweils über drei Werte aus wiederholten Messungen des Goldbarrens. Schüler A berichtete im Vergleich zu Schüler B Werte, die näher an der wahren Masse des Balkens lagen. Die Messungen von Schüler A waren daher "genauer".
Präzision hingegen ist das Maß dafür, wie eng die Ergebnisse miteinander übereinstimmen bzw. wie reproduzierbar sie sind.
Eine Messung wird als präzise bezeichnet, wenn sie bei Wiederholung unter gleichen Bedingungen sehr ähnliche Ergebnisse liefert.
Zum Beispiel waren die von Student B angegebenen Werte für die Masse des Goldbarrens im Vergleich zu Student A sehr ähnlich. Das ist "Präzision".
Genauigkeit und Präzision sind zwei unterschiedliche Qualitäten der Messung, die unabhängig voneinander sind. Daher kann ein bestimmter Satz von Messungen entweder genau oder präzise oder keines von beidem oder beides sein.
Hochgenaue Werte sind in der Regel auch präzise. Wie eine Waage, die die wahren oder nahezu wahren Massen für alle Objekte wiederholt anzeigt. Hochpräzise Messungen müssen jedoch nicht unbedingt genau sein - wenn dieselbe Waage falsch kalibriert ist, kann sie genaue, aber ungenaue Messwerte liefern. Dies kann zu wissenschaftlichen Fehlern führen.
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Q1: What is the difference between accuracy and precision in scientific measurements?
Accuracy measures how close results are to the true or accepted value, while precision measures how closely results agree with each other when repeated. A measurement can be accurate without being precise, precise without being accurate, or both. For example, an improperly calibrated balance may give precise but inaccurate readings, leading to scientific errors.
Q2: Why do scientists make repeated measurements of a quantity?
Repeated measurements allow scientists to evaluate both the precision and accuracy of their results, ensuring data quality. By comparing multiple measurements taken under the same conditions, scientists can determine whether their measurements are reproducible and close to the true value, which is essential for reliable experimental findings.
Q3: Can a measurement be precise but not accurate?
Yes. Highly precise measurements may not necessarily be accurate. An improperly calibrated thermometer or faulty weighing balance may consistently give similar readings that are far from the true value. This demonstrates that precision alone does not guarantee accuracy, and both qualities must be evaluated independently.
Q4: What does it mean for measurements to be reproducible?
Reproducible measurements yield highly similar results when repeated under the same conditions, which defines precision. If a measurement is reproducible, it demonstrates that the experimental procedure is consistent and reliable, though this does not guarantee the results are close to the true value.
Q5: How are accuracy and precision related in highly accurate measurements?
Highly accurate values tend to be precise too. A well-calibrated weighing balance, for example, repeatedly shows true or close-to-true masses for all objects measured. However, this relationship is not guaranteed in reverse; precision does not always imply accuracy without proper calibration and validation.
Q6: What scientific errors can result from improperly calibrated instruments?
Improperly calibrated instruments may produce precise but inaccurate readings, creating systematic errors in experimental data. These measurements appear consistent and reproducible, but deviate from the true value. This can lead to incorrect conclusions and compromised research quality if not detected through comparison with known standards.
Q7: How do you determine if a set of measurements is both accurate and precise?
Compare repeated measurements to both each other and to a known true or accepted value. If measurements cluster closely together and near the true value, they are both precise and accurate. Using rules for significant figures in calculations helps maintain measurement quality throughout data analysis and interpretation.