BŁĄD SYSTEMATYCZNY: JAK GO OBLICZYĆ, W CHEMII, FIZYCE, PRZYKŁADY - CHEMIA - 2026

Błąd systematyczny jest jeden, który jest częścią doświadczalnych lub błędów obserwacyjnych (błędy pomiaru), a to wpływa na dokładność wyników. Jest również znany jako określony błąd, ponieważ przez większość czasu można go wykryć i wyeliminować bez powtarzania eksperymentów.

Ważną cechą błędu systematycznego jest to, że jego względna wartość jest stała; to znaczy nie zmienia się wraz z rozmiarem próbki ani grubością danych. Na przykład, zakładając, że jego względna wartość wynosi 0,2%, jeśli pomiary są powtarzane w tych samych warunkach, błąd zawsze będzie wynosić 0,2%, dopóki nie zostanie skorygowany.

W laboratorium zła technika lub zły krok w dowolnej metodzie kończy się systematycznym błędem, który wpływa na dokładność wyników. Źródło: Jarmoluk przez Pixabay.

Ogólnie rzecz biorąc, błąd systematyczny wiąże się z niewłaściwym obchodzeniem się z przyrządami lub awarią techniczną ze strony analityka lub naukowca. Można to łatwo wykryć, porównując wartości eksperymentalne z wartością standardową lub certyfikowaną.

Przykłady tego typu błędu eksperymentalnego pojawiają się, gdy wagi analityczne, termometry i spektrofotometry nie są skalibrowane; lub w przypadkach, gdy nie jest dobrze przeczytane przepisy, noniusze, wyskalowane cylindry lub biurety.

Jak obliczyć błąd systematyczny?

Systematyczny błąd wpływa na dokładność, powodując, że wartości eksperymentalne są wyższe lub niższe niż rzeczywiste wyniki. Przez rzeczywisty wynik lub wartość rozumie się taki, który został wyczerpująco zweryfikowany przez wielu analityków i laboratoriów, ustanawiając go jako standard porównawczy.

W ten sposób porównując wartość eksperymentalną z wartością rzeczywistą, uzyskuje się różnicę. Im większa różnica, tym większa wartość bezwzględna błędu systematycznego.

Na przykład załóżmy, że w akwarium liczy się 105 ryb, ale z góry lub z innych źródeł wiadomo, że prawdziwa liczba to 108. Zatem błąd systematyczny wynosi 3 (108–105). Mamy do czynienia z systematycznym błędem, jeśli powtarzając liczenie ryb, otrzymujemy w kółko 105 ryb.

Jednak ważniejsze od obliczenia wartości bezwzględnej tego błędu jest określenie jego względnej wartości:

Względny błąd = (108-105) ÷ 108

= 0,0277

Wyrażając to w procentach, mamy 2,77%. Oznacza to, że błąd obliczeń ma wagę 2,77% rzeczywistej liczby ryb. Jeśli w zbiorniku jest teraz 1000 ryb i liczy je, przeciągając ten sam systematyczny błąd, wówczas byłoby o 28 mniej ryb niż oczekiwano, a nie 3, jak to ma miejsce w przypadku mniejszego zbiornika.

Stałość i proporcjonalność

Systematyczny błąd jest zwykle stały, addytywny i proporcjonalny. W powyższym przykładzie błąd 2,77% pozostanie stały, dopóki pomiary będą powtarzane w tych samych warunkach, niezależnie od wielkości akwarium (już dotykającego akwarium).

Zwróć również uwagę na proporcjonalność błędu systematycznego: im większy rozmiar próbki lub grubość danych (lub objętość zbiornika i liczba ryb), tym większy błąd systematyczny. Jeśli w zbiorniku jest teraz 3500 ryb, błąd wyniesie 97 ryb (3500 x 0,0277); błąd bezwzględny rośnie, ale jego wartość względna jest niezmienna, stała.

Jeśli liczba zostanie podwojona, tym razem w akwarium 7000, błąd wyniesie 194 ryby. Systematyczny błąd jest zatem stały, a także proporcjonalny.

Nie oznacza to, że konieczne jest powtórzenie liczenia ryb: wystarczy wiedzieć, że określona liczba odpowiada 97,23% ryb ogółem (100-2,77%). Stamtąd prawdziwą liczbę ryb można obliczyć, mnożąc przez współczynnik 100 / 97,23

Na przykład, jeśli policzono 5200 ryb, rzeczywista liczba wyniosłaby 5348 ryb (5200 x 100 / 97,23).

Systematyczny błąd w chemii

W chemii błędy systematyczne są zwykle spowodowane złymi ważeniami z powodu nieskalibrowanej wagi lub złym odczytem objętości materiałów szklanych. Chociaż może się na to nie wydawać, wpływają na dokładność wyników, bo im więcej, tym bardziej sumują się ich negatywne skutki.

Na przykład, jeśli waga nie jest dobrze skalibrowana, a podczas określonej analizy konieczne jest wykonanie kilku ważeń, wynik końcowy będzie coraz bardziej odbiegał od oczekiwanego; będzie bardziej niedokładne. To samo dzieje się, gdy analiza stale mierzy objętości za pomocą biurety, której odczyt jest nieprawidłowy.

Oprócz wagi i materiałów szklanych chemicy mogą również popełniać błędy w posługiwaniu się termometrami i pH-metrami, w szybkości mieszania, w czasie wymaganym do zajścia reakcji, w kalibracji spektrofotometry, przy założeniu wysokiej czystości próbki lub odczynnika itp.

Inne systematyczne błędy w chemii mogą polegać na zmianie kolejności dodawania odczynników, podgrzaniu mieszaniny reakcyjnej do temperatury wyższej niż zalecana w metodzie lub nieprawidłowej rekrystalizacji produktu syntezy.

Systematyczny błąd w fizyce

W laboratoriach fizycznych błędy systematyczne są jeszcze bardziej techniczne: jakikolwiek sprzęt lub narzędzie bez odpowiedniej kalibracji, przyłożone niewłaściwe napięcie, niewłaściwe ustawienie luster lub części w eksperymencie, dodające zbyt wiele momentu obiektowi, który powinien spaść ze względu na wpływ grawitacji, między innymi.

Należy zwrócić uwagę, że istnieją błędy systematyczne, które wynikają z niedoskonałości instrumentalnej, i inne, które są bardziej typu operacyjnego, będące wynikiem błędu ze strony analityka, naukowca lub osoby, która wykonuje jakąś czynność.

Przykłady błędów systematycznych

Poniżej zostaną wymienione inne przykłady systematycznych błędów, które niekoniecznie muszą wystąpić w laboratorium lub w dziedzinie naukowej:

-Umieść bułeczki w dolnej części piekarnika, opiekania ich więcej niż jest to pożądane

-Zła postawa podczas siedzenia

-Zamknąć garnek do mokki tylko z powodu braku siły

-Nie czyścić parowarów ekspresów do kawy tuż po nadaniu tekstury lub podgrzaniu mleka

-Używaj filiżanek o różnych rozmiarach, gdy podążasz lub chcesz powtórzyć określony przepis

-Chcesz dawkować promieniowanie słoneczne w zacienione dni

- Wykonuj podciągnięcia na drążkach z ramionami uniesionymi w kierunku uszu

-Graj wiele piosenek na gitarze bez uprzedniego strojenia jej strun

-Smażyć placki z niewystarczającą ilością oleju w kotle

- Wykonywać kolejne miareczkowania wolumetryczne bez ponownej standaryzacji roztworu titranta

Bibliografia

1. Day, R., & Underwood, A. (1986). Ilościowa chemia analityczna. (Wydanie piąte). Sala PEARSON Prentice.
2. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (11 lutego 2020). Losowy błąd vs. Błąd systematyczny. Odzyskany z: thinkco.com
3. Sieć badawcza Bodner. (sf). Błędy. Odzyskany z: chemed.chem.purdue.edu
4. Elsevier BV (2020). Błąd systematyczny. ScienceDirect. Odzyskany z: sciencedirect.com
5. Sepúlveda, E. (2016). Systematyczne błędy. Odzyskany z Physics Online: fisicaenlinea.com
6. María Irma García Ordaz. (sf). Problemy z błędami pomiaru. Autonomiczny Uniwersytet stanu Hidalgo. Odzyskany z: uaeh.edu.mx
7. Wikipedia. (2020). Błąd obserwacyjny. Odzyskane z: en.wikipedia.org
8. John Spacey. (18 lipca 2018). 7 rodzajów błędów systematycznych. Odzyskany z: simplicable.com