Грешки при измерване (грешки) и причините за тях - Студиопедия
Физическите величини са свързани помежду си с определени закономерности. Установяването на количествени закони, показващи как някои от измерените величини се променят, когато се променят други, е една от най-важните задачи на експерименталната физика. Следователно за по-задълбочено познаване на законите на материалния свят е необходимо увеличаване на точността на измерванията.
Методите за измерване на физични величини непрекъснато се усъвършенстват. Например през 1675 г. датският учен Олаф Рьомер за първи път намира стойността на скоростта на светлината: 215 000 km/s. Фуко измерва скоростта на светлината в лаборатория през 1862 г. За него тя се оказа равна на 296 000 км / сек. През 1927 г. Майкелсън получава стойност за скоростта на светлината, равна на 299 796 km/s. Днес във физиката се приема стойността на скоростта на светлината, получена през 1957 г.: (299793 0,3) km / s. В случай на приблизителни изчисления, скоростта на светлината се приема за 3. 10 8 m/s.
Повишаването на точността на измерванията прави възможно откриването на привидно незначителни отклонения от физическите закони, които преди са били пренебрегвани. Измененията от този вид позволяват да се подобри съществуващата теория и да се вземат предвид при извеждането на нови закони. Например уравнението на състоянието на идеалния газ на Менделеев-Клапейрон:
не може да даде добро съгласие с експеримента, тъй като правилните размери на молекулите и сложният характер на тяхното взаимодействие една с друга не са взети под внимание. По-подробно разглеждане на този въпрос доведе до уравнението на Ван дер Ваалс:
Понякога установените нови емпирични връзки ви позволяват да създавате напълно нови теории. Например закономерностите, открити в спектъра на водорода (работите на Балмер, Ридберг, Риц), послужиха като тласък за създаването на теорията за водородния атом и по-нататъкквантова механика (работи на Бор, Хайзенберг и др.).
По този начин съществува тясна връзка между практиката и теорията, което води до непрекъснато развитие на физиката, която все по-точно отразява обективните закони на света около нас.
Междувременно, поради неточността на измервателните уреди, непълнотата на нашите знания, трудността да се вземат предвид всички странични ефекти при измерванията, неизбежно възникват грешки (грешки). Грешката на измерване е разликата между истинската стойност на измереното количество и резултата от измерването. Теорията на грешките показва как трябва да се извършват измерванията и тяхната обработка, така че при надеждността на резултатите допусканите грешки да са минимални.
В процеса на извършване на експериментална работа, както в учебни, така и в изследователски лаборатории, студентът трябва постоянно да измерва и изчислява различни количества; в същото време е важно да имате представа как правилно да оцените получения резултат, да постигнете разумна точност и да можете да намерите и оцените грешката на измерването.
Няма смисъл да говорим за абсолютна точност на направеното измерване. Невъзможно е точно да се посочи, например, размерът на атом или елементарна частица, броят на молекулите в помещението или единица от неговия обем и т.н. Може да се говори само за една или друга степен на близост до желаната стойност, за по-голяма или по-малка грешка или грешка в измерването.
В изброените примери е невъзможно да се посочи точното число, съответстващо на размера или количеството, тъй като тези количества са в състояние на непрекъсната промяна. От това става ясно защо например е невъзможно да се измери даден детайл с точност до единици до диаметъра на атома или броя на молекулите в една стая. Въпреки това, продиктувано, като правило, от технически изисквания, тази точност не се изисква.
Какво ограничава точността на измерването, какво определя големината на допустимата грешка и какви са нейните източници? Първо, ние дефинираме понятието грешка при измерване (грешка). Под грешка на измерване Dxразбирайте отклонението на резултата от измерванетоxот истинската стойностxist на измерената стойност: Dx=x-xist. Тази грешка се изразява в единици на измереното количество и се наричаабсолютна грешка на измерването.
Първата и, за съжаление, доста често срещана причина за грешки са така нареченитепропуски. Пропуски (груби грешки) са грешки, чиито стойности значително надвишават очакваните при дадени условия. Те включват например неправилно настроен часовник или неточно зададена нула на устройството, неправилна инсталация на самото устройство (например вертикално вместо хоризонтално), неправилно написано число или нечетлив запис в черновата, в резултат на това неправилно пренаписани данни и т.н. В този случай резултатът от едно измерване се различава рязко от резултатите от други измервания, извършени при същите условия. Този тип грешки могат да бъдат избегнати чрез сериозна предварителна подготовка и внимателно обмислено провеждане на експеримента.
Вторият източник на трудни за контрол грешки е свързан с метода на измерване, дизайна на инструмента и влиянието на привидно незабележими фактори. И така, промяна на дължината на дървена линийка в зависимост от влажността на въздуха или размера на металните инструменти - от температурата, както и бърз или изоставащ хронометър, отслабена пружина на баланса, разтваряне на вещество, предназначено за спектрален анализ, с разтворител, съдържащ желаното вещество, и т.н. Във всички тези случаи грешката се характеризира с отклонение в някоиедната страна и се наричасистематичен. По този начин системната грешка е компонент на грешката на измерване, който остава постоянен или редовно се променя по време на повтарящи се измервания на една и съща стойност.
За да се избегнат подобни грешки (да се сведат до минимум), е необходимо внимателно да се подготвят експериментални настройки, инструменти и оборудване, като се изключат възможните фактори, влияещи върху резултата; изберете методи, които ви позволяват по-точно да определите стойностите на количествата. Инструментите и оборудването трябва да се съхраняват правилно и периодично да се проверяват (в сравнение със стандарта). Минималнатаотносителна систематична грешка се определя откласа на точност на инструмента. Класът на точност е максималната абсолютна грешка на инструмента, изразена като процент от цялата ефективна скала на инструмента. Според класа на точност на уреда и границата на измерване се определя абсолютната грешка. Ако измерената стойност е по-малка от границата на измерване на устройството, тогава неговата относителна грешка ще бъде по-голяма от класа на точност.Абсолютната систематична грешка в някои случаи се определя катополовината от цената на най-малкото деление на скалата на устройството или като половината от цената на последната значима цифра (в случай на цифрово устройство). В случай на еднаква скала тази грешка е еднаква за всички измервания.
Третият вид грешки саслучайни грешки. Те винаги се срещат при всяко измерване, причинени са от различни причини и водят до отклонение на резултатите, както нагоре, така и надолу. С други думи, случайната грешка на измерване е компонент на грешката на измерване, който се променя произволно при повтарящи се измервания на едно и също количество. Произтича от много причини, всяка от които поотделно има малък ефект върху резултата.измервания. Такива грешки включват например грешки, дължащи се на различно натискане на винта на микрометъра или краката на шублера, различно положение на окото при отчитане на скала и т.н.Цялата статистическа теория на грешките е свързана с изучаването и разглеждането на грешки точно от този вид.
В общия случай при измерване на всяка стойност могат да присъстват и трите вида грешки, но последният тип винаги ще бъде представен.
Не намерихте това, което търсихте? Използвайте търсачката: