SYSTEMATICKÁ CHYBA: AKO JU VYPOČÍTAŤ, V CHÉMII, VO FYZIKE, PRÍKLADY - CHÉMIA - 2025

Systematická chyba je ten, ktorý je súčasťou experimentov a pozorovaní chyby (chýb merania), a ktoré majú vplyv na presnosť výsledkov. Je tiež známa ako zistená chyba, pretože ju možno väčšinou detekovať a eliminovať bez opakovania experimentov.

Dôležitou charakteristikou systematickej chyby je, že jej relatívna hodnota je konštantná; to znamená, že sa nemení s veľkosťou vzorky alebo hrúbkou údajov. Napríklad za predpokladu, že jeho relatívna hodnota je 0,2%, ak sa merania opakujú za rovnakých podmienok, chyba zostane vždy 0,2%, kým sa neodstráni.

V laboratóriu sa zlá technika alebo nesprávny krok v ktorejkoľvek metóde stáva systematickou chybou, ktorá ovplyvňuje presnosť výsledkov. Zdroj: Jarmoluk cez Pixabay.

Vo všeobecnosti je systematická chyba predmetom nevhodného zaobchádzania s nástrojmi alebo technického zlyhania analytikom alebo vedcom. Dá sa ľahko zistiť, keď sa experimentálne hodnoty porovnajú so štandardnou alebo certifikovanou hodnotou.

K príkladom tohto typu experimentálnej chyby dochádza, keď nie sú kalibrované analytické váhy, teplomery a spektrofotometre; alebo v prípadoch, keď sa nečíta správne pravidlá, verniéri, odmerné valce alebo byrety.

Ako vypočítať systematickú chybu?

Systematická chyba ovplyvňuje presnosť a spôsobuje, že experimentálne hodnoty sú vyššie alebo nižšie ako skutočné výsledky. Skutočným výsledkom alebo hodnotou sa rozumie taký výsledok, ktorý bol mnohými analytikmi a laboratóriami dôkladne overený a stal sa štandardom porovnávania.

Porovnaním experimentálnej hodnoty so skutočnou hodnotou sa teda získa rozdiel. Čím väčší je tento rozdiel, tým väčšia je absolútna hodnota systematickej chyby.

Napríklad predpokladajme, že 105 rýb sa počíta v nádrži, ale vopred alebo z iných zdrojov je známe, že skutočné číslo je 108. Systematická chyba je preto 3 (108-105). Čelíme systematickej chybe, ak opakovaním počtu rýb získame znovu a znovu 105 rýb.

Dôležitejšie ako výpočet absolútnej hodnoty tejto chyby je však určiť jej relatívnu hodnotu:

Relatívna chyba = (108-105) ÷ 108

= 0,0227

To znamená, že keď vyjadríme v percentách, máme 2,77%. To znamená, že chyba v počtoch má váhu 2,77% na skutočnom počte rýb. Ak má nádrž teraz 1 000 rýb a pokračuje v ich počítaní ťahaním za rovnakú systematickú chybu, potom by bolo o 28 rýb menej, ako sa očakávalo, a nie 3, ako sa to stane s menšou nádržou.

Stálosť a proporcionalita

Systematická chyba je zvyčajne konštantná, aditívna a proporcionálna. Vo vyššie uvedenom príklade zostane chyba 2,77% konštantná, pokiaľ sa merania opakujú za rovnakých podmienok bez ohľadu na veľkosť akvária (už sa dotýka akvária).

Nezabudnite tiež na proporcionalitu systematickej chyby: čím väčšia je veľkosť vzorky alebo hrúbka údajov (alebo objem nádrže a počet jej rýb), tým väčšia je systematická chyba. Ak má nádrž teraz 3 500 rýb, chyba bude 97 rýb (3 500 x 0,0277); absolútna chyba sa zvyšuje, ale jej relatívna hodnota je nemenná, konštantná.

Ak sa počet zdvojnásobí, tentokrát so 7 000 akváriom, potom bude chyba 194 rýb. Systematická chyba je preto konštantná a tiež proporcionálna.

To neznamená, že je potrebné zopakovať počet rýb: stačí vedieť, že určený počet zodpovedá 97,23% z celkového počtu rýb (100 - 2,77%). Odtiaľ sa skutočný počet rýb môže vypočítať vynásobením faktorom 100 / 97.23

Ak by sa napríklad spočítalo 5 200 rýb, potom by skutočný počet bol 5 348 rýb (5 200 x 100 / 97,23).

Systematická chyba v chémii

V chémii sú systematické chyby zvyčajne spôsobené zlým vážením v dôsledku nekalibrovanej rovnováhy alebo zlým odčítaním objemov v sklenených materiáloch. Aj keď sa to nemusí zdať, ovplyvňujú presnosť výsledkov, pretože čím viac ich existuje, tým viac sa ich negatívne účinky sčítajú.

Napríklad, ak váhy nie sú dobre kalibrované a pri určitej analýze je potrebné vykonať niekoľko vážení, konečný výsledok bude ďalej a ďalej od očakávania; bude to nepresnejšie. To isté sa stane, ak analýza neustále meria objemy pomocou byrety, ktorej čítanie je nesprávne.

Okrem váh a sklených materiálov môžu chemici robiť chyby pri manipulácii s teplomermi a pH metrom, pri rýchlosti miešania, v čase potrebnom na uskutočnenie reakcie, pri kalibrácii spektrofotometre, za predpokladu vysokej čistoty vo vzorke alebo činidle, atď.

K ďalším systematickým chybám v chémii môže dôjsť, keď sa zmení poradie, v ktorom sa pridávajú reagenty, zmes sa zahrieva na teplotu vyššiu ako je teplota odporúčaná v tomto postupe, alebo ak produkt syntézy nie je rekryštalizovaný správne.

Systematická chyba vo fyzike

Vo fyzických laboratóriách sú systematické chyby ešte technickejšie: akékoľvek zariadenie alebo nástroj bez správnej kalibrácie, nesprávne použité napätie, nesprávne usporiadanie zrkadiel alebo častí v experimente, ktoré pridáva príliš veľa času objektu, ktorý by mal spadnúť kvôli účinku gravitácie, medzi inými experimentmi.

Všimnite si, že existujú systematické chyby, ktoré vyplývajú z inštrumentálnej nedokonalosti, a ďalšie, ktoré sú skôr prevádzkového typu, sú výsledkom chyby zo strany príslušného analytika, vedca alebo jednotlivca, ktorý vykonáva činnosť.

Príklady systematickej chyby

Ďalej sú uvedené ďalšie príklady systematických chýb, ktoré sa nemusia nevyhnutne vyskytovať v laboratóriu alebo vo vedeckej oblasti:

- Dajte buchty do spodnej časti rúry a opekajte ich viac, ako je žiaduce

-Pevné držanie tela pri sedení

-Zalepte hrniec moka iba kvôli nedostatku sily

- Nečistite parné kávovary ihneď po tvarovaní alebo zahriatí mlieka

-Použite šálky rôznych veľkostí, keď sledujete alebo chcete opakovať určitý recept

-Chcel by sa dávkovať slnečné žiarenie v tienistých dňoch

-Vykonávajte brady na bare s ramenami zdvihnutými smerom k ušiam

-Prehrajte viac piesní na gitare bez toho, aby ste najskôr naladili svoje struny

- Fritézy s nedostatočným objemom oleja v kotli

- Vykonajte následné objemové titrácie bez opätovnej štandardizácie titračného roztoku

Referencie

1. Day, R., & Underwood, A. (1986). Kvantitatívna analytická chémia. (Piate vydanie). PEARSON Prentice Hall.
2. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (11. februára 2020). Náhodná chyba vs Systematická chyba. Získané z: thinkco.com
3. Web spoločnosti Bodner Research. (SF). Chyby. Získané z: chemed.chem.purdue.edu
4. Elsevier BV (2020). Systematická chyba. ScienceDirect. Obnovené z: sciposedirect.com
5. Sepúlveda, E. (2016). Systematické chyby. Obnovené z Physics Online: fisicaenlinea.com
6. María Irma García Ordaz. (SF). Problémy s meraním chyby. Autonómna univerzita štátu Hidalgo. Získané z: uaeh.edu.mx
7. Wikipedia. (2020). Pozorovacia chyba. Obnovené z: en.wikipedia.org
8. John Spacey. (2018, 18. júla). 7 typov systematických chýb. Obnovené z: simplicable.com