Chapter 1: Introduction: Matter and Measurement

Back to chapter

1.9:

Погрешность измерений: точность и правильность

JoVE Core
Chemistry

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

JoVE Core Chemistry

Uncertainty in Measurement: Accuracy and Precision

Previous Video
1.8: Measurement: Derived Units

Next Video
1.10: Uncertainty in Measurement: Reading Instruments

Languages

Share

English العربية 中文 Nederlands français Deutsch עברית italiano 日本語 한국어 português русский español Türkçe

Ученые проводят многократные количественные измерения во время экспериментов, чтобы убедиться, что их результаты верны и точны. Точность измерения это степень близости результатов к истинному или принятому значению. Рассмотрим двух студентов, A и B, которые неоднократно взвешивали золотой слиток, истинная масса которого составляет 10 граммов.Студент A сообщил о трех значениях:9, 5 грамма, 10 граммов и 10, 5 грамма, в то время как студент B сообщил о весе 8, 5 грамма, 8, 6 грамма и 8, 5 грамма. Студент А сообщил значения, более близкие к истинной массе слитка по сравнению со студентом B.Таким образом, измерения студента А были более точными”С другой стороны, точность это мера того, насколько близко результаты согласуются друг с другом или насколько они воспроизводимы. Измерение считается точным, если оно дает очень похожие результаты при повторении в одних и тех же условиях.Например, значения массы золотого слитка, которые сообщил студент B, очень похожи друг на друга по сравнению со значениями студента A.Это называется прецизионность”Точность и прецизионность это два разных качества измерения, которые не зависят друг от друга. Таким образом, конкретный набор измерений может быть либо точным, либо прецизионным, либо ни тем, ни другим, либо и тем, и другим. Измерения массы золотого слитка студентом А были более точными, близкими к истинному значению в 10 граммов, но не прецизионными, поскольку они не были близки друг к другу.Напротив, измерения студента B были прецизионными, но не точными. Высокоточные значения также имеют тенденцию быть прецизионными. Например, весы, многократно показывающие истинную или близкую к истинной массу для всех объектов.Однако высокопрецизионные измерения не обязательно могут быть точными если те же весы неправильно откалиброваны, они могут дать прецизионные, но неточные результаты. Это может привести к научным ошибкам. Ошибки в процессе измерения распространенная проблема.Такие ошибки можно разделить на две категории:случайные и систематические. Случайные ошибки являются результатом несогласованности в процессе измерения или изменения измеряемой величины. Это приводит к колебаниям, слишком высоким или слишком низким, относительно истинного значения.Рассмотрим, как ученый измеряет длину дождевого червя с помощью штангенциркуля. Неспособность ученого правильно считать показания измерений или постоянное движение тела дождевого червя во время измерения может привести к неправильным измерениям длины. Случайной ошибки нельзя избежать, однако ее можно усреднить при повторных измерениях.Систематические ошибки являются результатом постоянной проблемы и приводят к постоянным расхождениям в измерениях. Эти ошибки обычно либо слишком велики, либо слишком малы по сравнению с истинным значением. Например, неправильно откалиброванные весы постоянно измеряют вес неправильно.Это предсказуемо и в основном зависит от прибора. Однако, в отличие от случайной ошибки, ее нельзя усреднить при повторном измерении.

1.9:

Погрешность измерений: точность и правильность

Ученые обычно делают повторные измерения величины для обеспечения качества полученных данных и для оценки точности и правильности результатов. Измерения являются точными, если они дают очень похожие результаты при повторении аналогичным образом. Измерение считается правильным, если оно дает результат, очень близкий к истинному или общепринятому значению. Точные значения согласуются друг с другом; правильные значения согласуются с истинным значением.

Предположим, что химику, занимающемуся контролем качества в фармацевтической компании, поручено проверить правильность и точность трех разных аппаратов, чтобы выдать 500 мл сиропа от кашля в бутылках для хранения. Химик использует каждую машину для заполнения пяти бутылок, а затем тщательно определяет фактический объем выданного препарата, как указано в таблице 1.

Таблица 1. Объем (мл) сиропа от кашля, подаваемый дозаторами по 500 мл
Дозатор №1	Дозатор №2	Дозатор №3
493.5	502.4	500.0
494.0	498.2	499.8
493.5	500.0	500.0
494.0	498.5	500.1
494.2	494.6	499.9

Учитывая эти результаты, химик сообщил, что дозатор №1 – точный, но не правильный. Все значения для дозатора №1 близки друг к другу, но ни одно из значений не близко к целевому значению 500 мл. Результаты для дозатора №2 оказались более правильными (значения близки к 500 мл), но низкую точность (сильно отличаются друг от друга). Наконец, химик сообщил, что диспенсер №3 работает хорошо, и он правильно дозирует сироп от кашля (все объемы находятся в пределах 0.2 мл от целевого объема) и точно (объемы отличаются друг от друга не более чем на 0.2 мл).

Очень аккуратные измерения также имеют тенденцию быть точными. Однако высокоточные измерения могут быть неверными. Например, неправильно откалиброванный термометр или неверный баланс взвешивания могут дать точные показания, которые не являются правильными.

Случайные и систематические ошибки

Ученые всегда стараются максимально точно и точно записывать результаты измерений. Однако иногда возникают ошибки. Эти ошибки могут быть случайными или систематическими.

Случайные ошибки наблюдаются из-за несоответствия или колебаний в процессе измерения или изменений в самом количестве измеряемого вещества. Такие ошибки колеблются, будучи или гораздо ниже, или гораздо выше по сравнению с истинным значением при повторных измерениях. Возьмем, к примеру, ученого, который измеряет длину земляного червя с помощью линейки. Случайная ошибка в процессе измерения может быть результатом несогласованных методов, с помощью которых учёный снимает показания, или того факта, что земляной червь не неподвижен, и движения его тела могут представлять трудности при выполнении правильных измерений длины. Случайная ошибка не может быть предотвращена; однако ее можно усреднить с помощью повторных проб.

Систематические ошибки возникают из-за постоянной проблемы и приводят к постоянным расхождениям в измерениях. Эти ошибки, как правило, постоянно либо слишком высоки, либо слишком низки по сравнению с истинным значением. Они предсказуемы и в основном имеют важное значение. Например, неправильно откалиброванные весы могут постоянно давать завышенный вес объектов по срявнению с истинным значением их весов. Однако, в отличие от случайной ошибки, систематические ошибки не могут быть усреднены повторными измерениями.

Этот текст адаптирован из Openstax, Химия 2e, раздел 1.5: Погрешность измерений, аккуратность и точность.

Tags

Uncertainty Measurement Accuracy Precision Repeated Measurements Experimentation True Value Closeness Student A Student B Values Mass Gold Bar Reproducible Similar Results