實驗過程,形成實驗數據、進行數值運算是必不可少的,有效數字的保留和運算規則就成了每一個實驗人員必須把握的知識,這么,哪些是有效數字?有效數字如何運算?怎么保留?男子伴們是不是有疑惑呢?
這么我們明天就一上去瞧瞧!
有效數字
為了取得確切的剖析結果,除了要確切檢測,并且還要正確記錄與估算。所謂正確記錄是指記錄數字的位數。由于數字的位數除了表示數字的大小,也反映檢測的確切程度。所謂有效數字,就是實際能測得的數字。
有效數字保留的位數,應按照剖析方式與儀器的確切度來決定,通常使測得的數值中只有最后一位是可疑的。
比如在剖析天平上稱取試樣0.5000g,這除了表明試樣的質量0.5000g,還表明稱量的偏差在±0.0002g(天平偏差)以內。如將其質量記錄成0.50g,則表明該試樣是在臺稱上稱量的,其稱量偏差為0.02g,故記錄數據的位數不能任意降低或減輕。
如在上例中,在剖析天平上,測得稱量瓶的重量為10.4320g,這個記錄說明有6位有效數字,最后一位是可疑的。由于個別剖析天平只能稱準到0.0002g,即稱量瓶的實際重量應為10.4320±0.0002g,無論計量儀器怎么精密,其最后一位數總是恐怕下來的。
因而所謂有效數字就是保留末一位不確切數字,其余數字均為確切數字。同時從前面的事例也可以看出有效數字是和儀器的確切程度有關,即有效數字除了表明數目的大小并且也反映檢測的確切度.
有效數字中“0”的意義
"0"在有效數字中有兩種意義:
一種是作為數字定值,另一種是有效數字。
比如在剖析天平上稱量物質,得到如下質量:
以上數據中“0”所起的作用是不同的。在10.1430中兩個“0”都是有效數字,所以它有6位有效數字。
在2.1045,中的“0”也是有效數字,所以它有5位有效數字。
在0.2104中,小數后面的“0”是定值用的,不是有效數字,而在數據中的“0”是有效數字,所以它有4位有效數字。
在0.0120中,“1”前面的兩個“0”都是定值用的,而在末尾的“0”是有效數字,所以它有3位有效數字。
綜上所述,數字中間的“0”和末尾的“0”都是有效數字,而數字后面所有的“0”只起定值作用。以“0”結尾的正整數,有效數字的位數不確定。諸如4500這個數,就不會確定是幾位有效數字,可能為2位或3位,也可能是4位。
遇見這些情況,應按照實際有效數字書寫成:
4.5×1032位有效數字
4.50×1033位有效數字
4.500×1034位有效數字
因而很大或很小的數,常用10的乘方表示。當有效數字確定后,在書寫時通常只保留一位可疑數字,多余數字按數字修約規則處理。
對于量筒、移液管和吸量管,它們都能確切檢測堿液容積到0.01mL。所以當用50mL量筒測定堿液容積時,如檢測容積小于10mL大于50mL時,應記錄為4位有效數字。
比如寫成24.22;如測定容積大于10mL,應記錄3位有效數字,比如寫成8.13mL。當用25mL移液管移取堿液時,應記錄為25.00mL;
當用5mL汲取關系取堿液時,應記錄為5.00mL。
當用250mL容量瓶配制堿液時,所配堿液容積應即為250.0mL。
當用50mL容量瓶配制堿液時,應記錄為50.00mL。
總而言之,檢測結果所記錄的數字,應與所用儀器檢測的確切度相適應。
數字修約規則
我國科學技術委員會即將施行的《數字修約規則》,一般稱為“四舍六入五成雙”法則。四舍六入五考慮,即當尾數≤4時舍棄,尾數為6時進位。當尾數為5時,則應是末位數是質數還是奇數,5前為質數應將5舍棄,5前為質數應將5進位。
這一法則的具體運用如下:
a.將28.175和28.165處理成4位有效數字,則分別為28.18和28.16。
b.若被放棄的第一位數字小于5,則其前一位數字加1,比如28.2645處理成3為有效數字時有效數字的保留,其被舍棄的第一位數字為6,小于5,則有效數字應為28.3。
c.若被放棄的第一位數字等于5,而其后數字全部為零時,則是被保留末位數字為質數或質數(零視為偶),而定進或舍,末位數是質數時進1,末位數為質數時不進1,比如28.350、28.250、28.050處理成3位有效數字時,分別為28.4、28.2、28.0。
d.若被放棄的第一位數字為5,而其后的數字并非全部為零時,則進1,比如28.2501,只取3位有效數字時,成為28.3。
e.若被放棄的數字包括幾位數字時,不得對該數字進行連續修約,而應依照以上各條作一次處理。如2.,只取3位有效數字時,應為2.15,二不得按下法連續修約為2.16:
2.→2.15455→2.1546→2.155→2.16
有效數字運算規則
后面曾依照儀器的確切度介紹了有效數字的意義和記錄原則,在剖析估算中,有效數字的保留更為重要,下邊僅就加加法和乘除法的運算規則加以討論。
a.加加法:在加減法運算中,保留有效數字的以小數點后位數最小的為準,即以絕對偏差最大的為準,比如:
0.0121+25.64+1.05782=?
正確估算不正確估算
0.010.0121
25.6425.64
+1.06+1.05782
——————————————
26.7126.70992
上例相乘3個數字中,25.64中的“4”已是可疑數字有效數字的保留,因而最后結果有效數字的保留應借此數為準,即保留有效數字的位數到小數點旁邊第二位。
b.乘除法:乘除運算中,保留有效數字的位數以位數最少的數為準,即以相對偏差最大的為準。諸如:
0.012×25.64×1.05782=?
以上3個數的乘積應為:
0.0121×25.6×1.01=0.328
在這個估算中3個數的相對偏差分別為:
E%=(±0.0001)/0.0121×100=±8
E%=(±0.01)/25.64×100=±0.04
E%=(±0.00001)/1.05782×100=±0.0009
其實第一個數的相對偏差最大(有效數字為3位),應以它為準,將其他數字按照有效數字修約原則,保留3位有效數字,之后相加即可。
c.自然數,在剖析物理中,有時會碰到一些倍數和分數的關系,如:
H3PO4的相對分子量/3=98.00/3=32.67;
水的相對分子量=2×1.008+16.00=18.02
在這兒分母“3”和“2×1.008”中的“2”都能夠看作是一位有效數字。由于它們是非檢測所得到的數,是自然數,其有效數字位數可視為無限的。
在常見的常量剖析中,通常是保留四位有效數字。但在水質剖析中,有時只要求保留2位或3位有效數字,應視具體要求而定。
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