SYSTEMATICKÁ CHYBA: JAK JI VYPOČÍTAT, V CHEMII, VE FYZICE, PŘÍKLADY - CHEMIE - 2025

Systematická chyba je ten, který je součástí experimentů a pozorování chyby (chyb měření), a které mají vliv na přesnost výsledků. Je také známá jako zjištěná chyba, protože ji lze většinou detekovat a eliminovat bez opakování experimentů.

Důležitou charakteristikou systematické chyby je to, že její relativní hodnota je konstantní; to znamená, že se nemění s velikostí vzorku nebo tloušťkou dat. Například za předpokladu, že jeho relativní hodnota je 0,2%, pokud se měření opakují za stejných podmínek, zůstane chyba vždy 0,2%, dokud nebude opravena.

V laboratoři se špatná technika nebo nesprávný krok v jakékoli metodě stává systematickou chybou, která ovlivňuje přesnost výsledků. Zdroj: Jarmoluk přes Pixabay.

Obecně je systematická chyba předmětem nevhodného zacházení s nástroji nebo technického selhání analytikem nebo vědcem. Je snadno detekovatelné, když jsou experimentální hodnoty porovnány se standardní nebo certifikovanou hodnotou.

K příkladům tohoto typu experimentální chyby dochází, když nejsou kalibrovány analytické váhy, teploměry a spektrofotometry; nebo v případech, kdy se neprovede dobré čtení pravidel, vernierů, odměrných válců nebo byret.

Jak vypočítat systematickou chybu?

Systematická chyba ovlivňuje přesnost a způsobuje, že experimentální hodnoty jsou vyšší nebo nižší než skutečné výsledky. Skutečným výsledkem nebo hodnotou se rozumí výsledek, který byl důkladně ověřen mnoha analytiky a laboratořemi, čímž se stal standardem srovnání.

Při porovnání experimentální hodnoty se skutečnou se tak získá rozdíl. Čím větší je tento rozdíl, tím větší je absolutní hodnota systematické chyby.

Předpokládejme například, že 105 ryb se počítá v nádrži, ale je známo předem nebo z jiných zdrojů, že skutečné číslo je 108. Systematická chyba je tedy 3 (108-105). Stojíme před systematickou chybou, pokud opakováním počtu ryb získáme znovu a znovu 105 ryb.

Důležitější než výpočet absolutní hodnoty této chyby je však stanovení její relativní hodnoty:

Relativní chyba = (108-105) ÷ 108

= 0,0227

To, že vyjádřeno v procentech, máme 2,77%. To znamená, že chyba počtu má váhu 2,77% na skutečném počtu ryb. Pokud má nádrž nyní 1 000 ryb a pokračuje v jejich počítání tažením za stejnou systematickou chybu, pak by bylo o 28 méně ryb, než se očekávalo, a ne 3, jak se to stane s menší nádrží.

Stálost a proporcionalita

Systematická chyba je obvykle konstantní, aditivní a proporcionální. Ve výše uvedeném příkladu zůstane chyba 2,77% konstantní, dokud se měření opakuje za stejných podmínek, bez ohledu na velikost akvária (již se dotýká akvária).

Také si všimněte proporcionality systematické chyby: čím větší je velikost vzorku nebo tloušťka dat (nebo objem nádrže a počet jejích ryb), tím větší je systematická chyba. Pokud má nyní nádrž 3 500 ryb, bude chyba 97 ryb (3 500 x 0,0277); absolutní chyba se zvyšuje, ale její relativní hodnota je neměnná, konstantní.

Pokud je počet zdvojnásoben, tentokrát se 7 000 rybím tankem, bude chyba 194 ryb. Systematická chyba je proto konstantní a také proporcionální.

To neznamená, že je nutné opakovat počet ryb: stačí vědět, že zjištěný počet odpovídá 97,23% celkové ryby (100–2,77%). Odtud lze skutečný počet ryb vypočítat vynásobením faktorem 100 / 97.23

Například, pokud by bylo spočítáno 5 200 ryb, pak by skutečný počet byl 5 348 ryb (5 200 x 100 / 97,23).

Systematická chyba v chemii

V chemii jsou systematické chyby obvykle způsobeny špatným vážením v důsledku nekalibrované rovnováhy nebo špatným čtením objemů ve skleněných materiálech. Ačkoli se to nemusí zdát, ovlivňují přesnost výsledků, protože čím více jich existuje, tím více se jejich negativní účinky sčítají.

Například, pokud není váha dobře kalibrována a v určité analýze je nutné provést několik vážení, bude konečný výsledek dále a dále od očekávání; bude to nepřesnější. Totéž se stane, pokud analýza neustále měří objemy pomocí byrety, jejíž čtení je nesprávné.

Kromě váhy a skleněných materiálů mohou chemici také dělat chyby při manipulaci s teploměry a pH metry, při rychlosti míchání, v době potřebné pro provedení reakce, při kalibraci spektrofotometry, za předpokladu vysoké čistoty ve vzorku nebo činidle atd.

Další systematické chyby v chemii mohou být, když se změní pořadí, ve kterém se přidávají činidla, směs reakce se zahřeje na teplotu vyšší, než je teplota doporučená metodou nebo produkt syntézy není rekrystalizován správně.

Systematická chyba ve fyzice

Ve fyzických laboratořích jsou systematické chyby ještě techničtější: jakékoli zařízení nebo nástroj bez správné kalibrace, nesprávné použité napětí, nesprávné uspořádání zrcadel nebo částí v experimentu, které přidává příliš mnoho momentu k předmětu, který by měl spadnout vlivem gravitace, mimo jiné experimenty.

Všimněte si, že existují systematické chyby, které pocházejí z instrumentální nedokonalosti, a další, které jsou spíš operačního typu, jsou výsledkem chyby ze strany dotyčného analytika, vědce nebo jednotlivce, který provádí akci.

Příklady systematické chyby

Další příklady systematických chyb budou uvedeny níže, k nimž nemusí nutně dojít v laboratoři nebo ve vědecké oblasti:

- Vložte buchty do spodní části trouby a opékejte je více, než je žádoucí

-Vnitřní držení těla při sezení

-Zapalte hrnec moka pouze kvůli nedostatku síly

- Nečistěte parníky kávovarů ihned po tvarování nebo ohřátí mléka

-Použijte poháry různých velikostí, když sledujete nebo chcete opakovat určitý recept

-Chtějí dávat sluneční záření ve stinných dnech

- Proveďte bradu na prutech s rameny zvednutými k uším

- Přehrajte více skladeb na kytaru, aniž byste nejprve naladili své řetězce

- Fritézy s nedostatečným objemem oleje v kotli

- Proveďte následné objemové titrace bez opětné standardizace roztoku titrantu

Reference

1. Day, R., & Underwood, A. (1986). Kvantitativní analytická chemie. (Páté vydání). PEARSON Prentice Hall.
2. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (11. února 2020). Náhodná chyba vs. Systematická chyba. Obnoveno z: thinkco.com
3. Web společnosti Bodner Research. (sf). Chyby. Obnoveno z: chemed.chem.purdue.edu
4. Elsevier BV (2020). Systematická chyba. ScienceDirect. Obnoveno z: sciposedirect.com
5. Sepúlveda, E. (2016). Systematické chyby. Získáno z Physics Online: fisicaenlinea.com
6. María Irma García Ordaz. (sf). Problémy s měřením. Autonomní univerzita státu Hidalgo. Obnoveno z: uaeh.edu.mx
7. Wikipedia. (2020). Pozorovací chyba. Obnoveno z: en.wikipedia.org
8. John Spacey. (2018, 18. července). 7 typů systematických chyb. Obnoveno z: simplicable.com