1.9: Niepewność pomiaru: dokładność i precyzja

Naukowcy zazwyczaj dokonują powtarzających się pomiarów wielkości, aby zapewnić jakość swoich wyników i ocenić zarówno precyzję, jak i dokładność swoich wyników. Mówi się, że pomiary są precyzyjne, jeśli dają bardzo podobne wyniki, gdy są powtarzane w ten sam sposób. Pomiar jest uważany za dokładny, jeśli daje wynik bardzo zbliżony do prawdziwej lub akceptowanej wartości. Dokładne wartości zgadzają się ze sobą; Dokładne wartości zgadzają się z wartościami rzeczywistymi. 

Załóżmy, że chemik zajmujący się kontrolą jakości w firmie farmaceutycznej ma za zadanie sprawdzić dokładność i precyzję trzech różnych maszyn, które mają dozować 500 ml syropu na kaszel do butelek do przechowywania. Chemik przystępuje do napełniania każdej maszyny pięcioma butelkami, a następnie dokładnie określa rzeczywistą dozowaną objętość, zgodnie z tabelą 1.

Biorąc pod uwagę te wyniki, chemik poinformował, że dozownik #1 jest precyzyjny, ale nie dokładny. Wszystkie wartości z dozownika #1 są zbliżone do siebie, ale żadna z wartości nie jest bliska wartości docelowej 500 ml. Wyniki dla dozownika #2 wykazały lepszą dokładność (wartości są bliskie 500 ml), ale gorszą precyzję (nie blisko siebie). Wreszcie chemik poinformował, że dozownik #3 działa dobrze i dozuje syrop na kaszel zarówno dokładnie (wszystkie objętości mieszczą się w granicach 0,2 ml od objętości docelowej), jak i precyzyjnie (objętości różnią się od siebie nie więcej niż 0,2 ml).

Bardzo dokładne pomiary również są precyzyjne. Jednak bardzo precyzyjne pomiary niekoniecznie muszą być dokładne. Na przykład nieprawidłowo skalibrowany termometr lub wadliwa waga mogą dawać precyzyjne odczyty, które są niedokładne.

Błędy losowe i systematyczne

Naukowcy zawsze dokładają wszelkich starań, aby rejestrować swoje pomiary z najwyższą dokładnością i precyzją. Czasami jednak zdarzają się błędy. Błędy te mogą być losowe lub systematyczne.

Błędy losowe są obserwowane z powodu niespójności lub fluktuacji w procesie pomiaru lub zmian w samej mierzonej ilości. Błędy te wahają się od zbyt wysokiej lub zbyt niskiej od wartości rzeczywistej w powtarzanych pomiarach. Wyobraźmy sobie naukowca mierzącego długość dżdżownicy za pomocą linijki. Przypadkowy błąd w tym procesie pomiarowym może być wynikiem niespójnej metody, w której naukowiec odczytuje wagę, lub jeśli dżdżownica nie jest nieruchoma, a ruchy jej ciała mogą utrudniać wykonanie prawidłowych pomiarów długości. Nie da się uniknąć błędów losowych; Można go jednak uśrednić za pomocą powtarzających się prób.

Błędy systematyczne wynikają z uporczywego problemu i skutkują stałą rozbieżnością w pomiarze. Błędy te są zwykle albo zbyt wysokie, albo zbyt niskie w stosunku do wartości rzeczywistej. Są one przewidywalne i mają głównie charakter instrumentalny. Na przykład nieprawidłowo skalibrowana waga może stale ważyć przedmioty cięższe niż ich rzeczywista wartość. Jednak w przeciwieństwie do błędu losowego, błędy systemowe nie mogą być uśredniane przy powtarzających się pomiarach.

Ten tekst jest adaptacją z Openstax, Chemia 2e, Sekcja 1.5: Niepewność pomiaru, dokładność i precyzja.