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1.10:

测量不确定度:阅读仪器

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Chemistry
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Uncertainty in Measurement: Reading Instruments

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根据规定的数量进行测量 或者对不同物体的直接计数 可以给出确切的数字。例如,一打香蕉就是正好 12 个香蕉。同样地,纸箱里的苹果也可以直接进行计数。然而,其他测量并不精确,并且由于测量过程的局限性而具有 与之相关的不确定性。比如一个参加 5 公里赛跑的赛跑者。评委们用一个简单的模拟手表 和一个数字手表来记录完成时间。模拟手表读取的完成时间 为 25 至 30 分钟,因此,评委们估计时间是 28 分钟。只有第一个数字”2″是确定的。最后一个数字”8″是 25 到 30 之间的估计值,因此是不确定的。另一方面,数字手表 的读数是 26.25 分钟,前三位数字 是完全确定的。完成时间可能在 26.24 到 26.26 分钟之间,但肯定不是 28 分钟。在实验室环境中,数字天平 可显示多达六位数的读数。读数为 10.1241 克表示 前 5 位数字是确定的,但最后一位数字是不确定的。但是,数字仪表上 显示的所有数字都要进行报告。相反,在读取模拟仪表时,最后一个数字必须进行估计。一个 50 毫升刻度的量筒可能 每一毫升都有标记。测量读数取决于估算 弯月面处的液体体积,弯月面 是量筒内液体曲面上的 最低点。如果弯月面位于 42 和 43 的标记之间,则液体量大于 42 毫升 但小于 43 毫升。测量值应在两个标记之间进行 估计;因此,体积的读数应 精确到 0.1 毫升。在这种情况下,弯月面更接近 43 毫升 的标记,因此这个数字可以报告为 42.8。另一个人可以估计体积为 42.7 或 42.9 因为最后一个数字不确定,但是测量值 应始终报告到最后一个不确定数字。

1.10:

测量不确定度:阅读仪器

计数是没有不确定性的测量类型,前提是要计算的对象数量在此过程中不发生变化。这样的测量会得出准确的数字。例如,通过对纸箱中的鸡蛋计数,可以准确确定纸箱中有多少个鸡蛋。同样的,所定义的数量的数字也是准确的。例如,1英尺精确为12英寸,1英寸精确为2.54厘米,1克精确为0.001千克。但是,由于所使用的测量过程的实际限制,因此无法确定除计数以外的其他测量方法得出的数量。

有效数字

每次测量都有一定的不确定性,这取决于所使用的设备(以及用户的能力)。例如,通过读取弯月面的底部来测量刻度量筒中的液体量。液体弯曲表面上的最低点。假设弯液面的底部在15到16标记之间;这意味着液体体积肯定大于15 毫升但小于16 毫升。弯液面似乎更接近16毫升标记,因此液体的合理估计应为16.6毫升。在此测量值中,数字1和6是确定的,但位于小数点后一位的最后一位6是估计值。有些人可能会估计弯月面位置与每个标记的距离相等,并将小数点后一位数字估计为5,而其他人可能认为它甚至更接近16 毫升标记并估计为7。此量筒上的刻度有1 毫升刻度;因此,体积可以精确到0.1 毫升。同样,标准电子天平的四分之一质量为5.74 克。数字5和7是确定的,数字4表示四分之一的质量可能在5.73到5.75克之间。四分之一重约5.74克,测量中的名义不确定度为 + 0.01克。如果将硬币放在更敏感的天平上称重,则质量可能为5.743克。这意味着它的质量在5.742至5.744克之间,不确定度为0.001克。

本文改编自 Openstax,化学2e,第1.5节:测量不确定度,准确性和精确度。