误差分析

二、误差分析
1.    研究误差的目的
    物理化学以测量物理量为基本内容,并对所测得数据加以合理的处理,得出某些重要的规律,从而研究体系的物理化学性质与化学反应间的关系。
 然而在物理量的实际测量中,无论是直接测量的量,还是间接测量的量(由直接测量的量通过公式计算而得出的量),由于测量仪器、方法以及外界条件的影响等因素的限制,使得测量值与真值(或实验平均值)之间存在着一个差值,这称之为测量误差。
 研究误差的目的,不是要消除它,因为这是不可能的;也不是使它小到不能再小,这不一定必要,因为这要花费大量的人力和物力。研究误差的目的是:在一定的条件下得到更接进于真实值的最佳测量结果;确定结果的不确定程度;据预先所需结果,选择合理的实验仪器、实验条件和方法,以降低成本和缩短实验时间。因此我们除了认真仔细地作实验外,还要有正确表达实验结果的能力。这二者是等同重要的。仅报告结果,而不同时指出结果的不确定程度的实验是无价值的,所以我们要有正确的误差概念。
2.    误差的种类
 根据误差的性质和来源,可将测量误差分为系统误差、偶然误差和过失误差。
 系统误差  在相同条件下,对某一物理量进行多次测量时,测量误差的绝对值和符号保持恒定(即恒偏大或恒偏小),这种测量误差称为系统误差。产生系统误差的原因有:
(1)实验方法的理论根据有缺点,或实验条件控制不严格,或测量方法本身受到限制。如据理想气体状态方程测量某种物质蒸气的分子质量时,由于实际气体对理想气体的偏差,若不用外推法,测量结果总较实际的分子质量大。
(2)仪器不准或不灵敏,仪器装置精度有限,试剂纯度不符和要求等。例如滴度管刻度不准。
(3)个人习惯误差,如读滴度管读数常偏高(或常偏低),计时常常太早(或太迟)等等。
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铲雪的作文    系统误差决定了测量结果的准确度。通过校正仪器刻度、改进实验方法、提高药品纯度
、修正计算公式等方法可减少或消除系统误差。但有时很难确定系统误差的存在,往往是用几种不同的实验方法或改变实验条件,或者不同的实验者进行测量,以确定系统误差的存在,并设法减少或消除之。
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偶然误差  在相同实验条件下,多次测量某一物理量时,每次测量的结果都会不同,它们围绕着某一数值无规则的变动,误差绝对值时大时小,符号时正时负。这种测量误差称为偶然误差。产生偶然误差的原因可能有:
(1)实验者对仪器最小分度值以下的估读,每次很难相同。
(2)测量仪器的某些活动部件所指测量结果,每次很难相同,尤其是质量较差的电学仪器最为明显。
(3)影响测量结果的某些实验条件如温度值,不可能在每次实验中控制得绝对不变。
偶然误差在测量时不可能消除,也无法估计,但是它服从统计规律,即它的大小和符号一般服从正态分布。若以横坐标表示偶然误差 ,纵坐标表示实验次数(即偶然误差出现的次数),可得到图Ⅰ-1。其中σ为标准误差(见第4节).
由图中曲线可见:(1)σ愈小,分布曲线愈尖锐,即是说偶然误差小的,出现的概率大。(2)分布曲线关于纵坐标呈轴对称,也就是说误差分布具有对称性,说明误差出现的绝对值相等,且正负误差出现的概率相等。当测量次数n无限多时,偶然误差的算术平均值趋于
零:
                              = 0                (1)
因此,为减少偶然误差,常常对被测物理量进行多次重复测量,以提高测量的精确度。
过失误差  是实验者在实验过程中不应有的失误而引起的。如数据读错,记录错,计算出错,或实验条件失控而发生突然变化等等。只要实验者细心操作,这类误差是完全可以避免的。
 
Ⅰ-1 偶然误差正态分布      3. 准确度和精确度  
准确度指的是测量值与真值符合的程度。测量值越接近真值,则准确度越好。精密度指的是多次测量某物理量时,其数值的重现性。重现性好,精密度高。值得注意的是,精密度高的,准确度不一定好;相反,若准确度好,精密度一定高。例如甲乙丙三人,使用相同的试剂,在进行酸碱中和滴定时,用不同的酸式滴定管,分别测得三组数据,如图Ⅰ-2 所示。显然,丙的精密度高,但准确度差;乙的数据离散,精密度和准确度都不好;甲的精密度高,且接近真值,所以准确度也好。
应说明的是,真值一般是未知的,或不可知的。通常以用正确的测量方法和经校正过的仪器,进行多次测量所得算术平均值或文献手册的公认值作为真值。
4.    误差的表示方法
 (1)绝对误差和相对误差
绝对误差lwipδi = 测量值xi —真值x            (2)
此外还有绝对偏差:                                                                 图Ⅱ 准确度和精确度
绝对偏差di = 测量值挂网喷浆xi 平均值             (3)
平均值(或算术平均值)
                                                  (4)
稻螟赤眼蜂式中, 为第I 次测量值,n为测量次数。如前所述 是未知的,习惯上以 作为 ,因而误差和偏差也混用而不加以区别。
相对误差= %                    (5)
绝对误差的单位与被测量的单位相同,而相对误差是无因次的。因此不同的物理量的相对误差可以互相比较。此外,相对误差还与被测量的大小有关。所以在比较各种被测量的精密度或评定测量结果质量时,采用相对误差更合理些。
(2)平均误差和标准误差
平均误差                                 (6)
标准误差又称为均方根误差,以 表示,定义为:

本文发布于:2024-09-22 15:30:51,感谢您对本站的认可!

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