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有效數(shù)字


銅臭 / 2022-07-08

 一、有效數(shù)字的概念

  為了取得準(zhǔn)確的分析結(jié)果,不僅要準(zhǔn)確進(jìn)行測(cè)量而且還要正確記錄與計(jì)算。所謂正確記錄是指正確記錄數(shù)字的位數(shù)。因?yàn)閿?shù)據(jù)的位數(shù)不僅表示數(shù)字大小,也反映測(cè)量的準(zhǔn)確程度。所謂有效數(shù)字,就是實(shí)際能測(cè)得的數(shù)字。
  有效數(shù)字保留的位數(shù),應(yīng)根據(jù)分析方法與儀器的準(zhǔn)確度來決定,一般應(yīng)使測(cè)得的數(shù)值中只有最后一位是可疑的,如果在分橋天平上稱取試樣0.5000克,這不僅表示試樣具體的重量,還表示稱量的準(zhǔn)確程度。如將其重量記錄成0.5克則表示該試樣是在臺(tái)秤上稱量的。因此記錄數(shù)據(jù)的位數(shù)不能任意增加或減少。如在上例中,在分析天平上,測(cè)得稱量瓶的重量為10.4320克。這個(gè)記錄說明有六位有效數(shù)字,最后一位是可疑的。因?yàn)榉治鎏炱街荒芊Q準(zhǔn)到0.0002克。即稱量瓶的實(shí)際重量應(yīng)為 10.4320 +0,0002克。也就是說無論計(jì)量儀器如何精密其最后 一位數(shù)總是估計(jì)出來的。因此所謂有效數(shù)字就是只保留末- 位不準(zhǔn)確數(shù)字,其余數(shù)字均為準(zhǔn)確數(shù)字。同時(shí)從上例也可看出有效數(shù)字是和儀器的精密程度有關(guān),即有效數(shù)字不僅表明數(shù)量大小,而且也反映測(cè)量的準(zhǔn)確度。
二、有效數(shù)字中“0”的意義
  “0”在有效數(shù)字中有種種意義,一種是作為數(shù)字定位,另一種是有效數(shù)字。例如在分析天平上稱量物質(zhì)得到如下重量。
物質(zhì) 稱量瓶 Na?CO?
H?C?O?
稱量紙
重(克) 10.1430 2.1045 0.2104 0.0120
有效數(shù)字 六位 五位 四位 三位

  在以上數(shù)據(jù)中“0”所起的作用是不同的。在10.1430數(shù)字中,其中兩個(gè)“0”都是有效數(shù)字,所以它有六位有效數(shù)字。在2.1045數(shù)字中的“0”也是有效數(shù)字,所以它有五位有效數(shù)字。在0.2104數(shù)字中,小數(shù)點(diǎn)前面的進(jìn)0”是定位用的,在數(shù)字中間的“0”是有效數(shù)字,所以它有四位有效數(shù)字。在0.0120數(shù)字中,“1”前面的兩個(gè)“0”都是定位用的,而末尾的“0”是有效數(shù)字,所以它只有三位有效數(shù)字。
   綜上所述可 知數(shù)字之間的“0”業(yè)和數(shù)字末尾 的“0”都是有效數(shù)字,而數(shù)字前面所有的0只起定位作用。以“0”結(jié)尾的正整數(shù),有效數(shù)字的位數(shù)不確定。例如4500這個(gè)數(shù),不好確定可能為二位,三位,也可能是四位。遇到這種情況,應(yīng)根據(jù)實(shí)際有效數(shù)字位數(shù)書寫成:
  4.5x 10³                          二位有效數(shù)字
  4.50x10³                         三位有效數(shù)字
  4.500x 10³                      四位有效數(shù)字
  因此很大、很小的數(shù)字常用10的乘方表示。例如29700可表示 為2.97x 10?為三位有效數(shù)字,而0.0002970可表示為2.970x10??為四位有效數(shù)字。有效數(shù)字確定后,在書寫時(shí)一般只保留十位可疑數(shù)字,多余的數(shù)字采用四舍五入原則處理。         對(duì)于滴定管、 移液管和吸量管,它們都能準(zhǔn)確測(cè)量溶液體積到0.01毫升,所以當(dāng)用50毫升滴定管測(cè)量溶液體積時(shí),如測(cè)量體積大于10毫升,應(yīng)記錄為四位有效數(shù)字,寫成24.32毫升;如測(cè)量體積小于10毫升,應(yīng)記錄為三位有效數(shù)字8.13毫升。當(dāng)用25毫升移液管移取溶液時(shí),。應(yīng)記錄為25.00毫升,當(dāng)用5毫升吸量管吸取溶液時(shí),應(yīng)記錄為5.00毫升。
  當(dāng)用250毫升容量瓶配制溶液時(shí),則所配制溶液的體積應(yīng)記錄為250.0毫升。當(dāng)用50毫升容量瓶配制溶液時(shí),則應(yīng)記錄為50.00毫升。
  總而言之,測(cè)量結(jié)果所記錄的數(shù)字,應(yīng)與所用儀器測(cè)量的準(zhǔn)確度相適應(yīng)。
三、有效數(shù)字運(yùn)算規(guī)則
  在上節(jié)中,根據(jù)儀器的準(zhǔn)確度介紹了有效數(shù)字的意義,和記錄原則。而在容量分析計(jì)算中,有效數(shù)字的保留更為重要。下面僅就加減和乘除法的運(yùn)算規(guī)則加以討論。
  1.加減法
  加減法運(yùn)算中,保留有效數(shù)字的位數(shù),以小數(shù)點(diǎn)后位數(shù)最少的為準(zhǔn)。即絕對(duì)誤差最大的為準(zhǔn),例如
  0.0121克+ 25.64克+ 1.05782克=?

  上面相加的三個(gè)數(shù)據(jù)中,25.64中的4已是可疑數(shù)。因此最后結(jié)果有效數(shù)字的保留應(yīng)以此數(shù)為準(zhǔn)即保留有效數(shù)字的位數(shù)到小數(shù)點(diǎn)后第二位。所以左面的寫法是正確的,而右面的寫法是不正確的。
  2.乘除法
  乘除法運(yùn)算中,保留有效數(shù)字的位數(shù),以位數(shù)最少的數(shù)為準(zhǔn),即以相對(duì)誤差最大的數(shù)為準(zhǔn)。例如
  0.0121 x 25.64X1.05782=?
  以上三個(gè)數(shù)的乘積應(yīng)為:
  0.0121 X 25.6X1.06= 0.328
  在這個(gè)算題中三個(gè)數(shù)字的相對(duì)誤差分別為:

  在上述計(jì)算中以第一個(gè)數(shù)的相對(duì)誤差最大(有效數(shù)字為三位),應(yīng)以它為準(zhǔn),將其它數(shù)字以四舍五入原則保留三位有效數(shù)字,然后相乘即得0.328結(jié)果。
  再計(jì)算一下結(jié)果0.328的相對(duì)誤差:

  此數(shù)的相對(duì)誤差與第一數(shù)的相對(duì)誤差相適應(yīng)。故應(yīng)保留三位有效數(shù)字。
  如果不考慮有效數(shù)字保留原則,直接計(jì)算,     
  0.0121 ×25.64×1.05782=0.32818230808
  結(jié)果得到11位數(shù)字,顯然是不合理的。
  同樣在計(jì)算中也不能住意減少位數(shù),如上述結(jié)果記為0.32也是不正確的,這個(gè)數(shù)的相對(duì)誤差為:

  顯然是超過了上面三個(gè)數(shù)的相對(duì)誤差。
  3.自然數(shù)
  在定量分析運(yùn)算中,有時(shí)會(huì)遇到一些倍數(shù)或分?jǐn)?shù)的關(guān)系如:

  在這里分母3和2×1.008中的2不能看做為一位有效數(shù)字。因?yàn)樗鼈兪欠菧y(cè)量所得到的數(shù),是自然數(shù),可視為無限有效。
  在定量的常量分析中一般是保留四位有效數(shù)字,但在中控分析中,只要求保留二位或三位有效數(shù)字。
 

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