1
WYŻSZA SZKOŁA TECHNOLOGII INFORMATYCZNYCH
Warszawa
Elementy Fizyki Współczesnej – Laboratorium
Nr grupy
IZ- /
Imię i nazwisko
Nr indeksu
Temat ćwiczenia
Data wykonania
ćwiczenia
Uwagi
Prowadzący ćwiczenie
Ocena za wykonanie
ćwiczenia
1. Wstęp
Ćwiczenie ma na celu uświadomienie sobie, że wynik pomiaru określonej wielkości
fizycznej jest tzw. zmienną losową. Oznacza to, że powtarzając wielokrotnie pomiar, np.
rezystancji danego rezystora, za każdym razem możemy otrzymać trochę inną wartość. Jest to
związane z tym, że na ostateczny wynik pomiaru wpływ ma wiele czynników, np. nieznaczne
zmiany warunków zewnętrznych (temperatury, napięcia itp.). Zapewnienie idealnie stabilnych
warunków pomiaru jest w praktyce niemożliwe, niemożliwym jest więc wykonanie pomiaru
nie obarczonego błędem. Jeśli zależy nam na tym, aby ocenić mierzoną wartość w sposób jak
najbardziej dokładny, powinniśmy zapewniając możliwie stabilne warunki pomiaru,
powtórzyć nasz pomiar wielokrotnie. Średnia arytmetyczna obliczona z otrzymanych wartości
pomiaru stanowi najlepszą ocenę rzeczywistej wartości mierzonej wielkości fizycznej (tym
dokładniejszą im więcej pomiarów wykonamy). W serii
N
pomiarów (
N
- liczba pomiarów)
najwięcej wyników będzie miało wartość zbliżoną do wartości średniej. Im wynik pomiaru
jest bardziej odbiegający od wartości średniej, tym jest mniej prawdopodobny. Jeśli
unikniemy błędów grubych i systematycznych (patrz. Opis teoretyczny lab 1),
prawdopodobieństwo otrzymania w wyniku pomiaru określonej wartości
x
powinno
podlegać tzw. rozkładowi Gaussa (inaczej rozkładowi normalnemu).
Aby sprawdzić czy rzeczywiście tak jest zbierzemy wystarczająco dużą liczbę
pomiarów i opracujemy je w taki sposób, aby móc dokonać porównania z rozkładem
normalnym. W celu uzyskania bardziej widocznego efektu, zamiast mierzyć wielokrotnie ten
sam element, posłużymy się serią składającą się z
N
elementów, które teoretycznie powinny
być identyczne. W tym ćwiczeniu użyjemy serii 100 rezystorów lub kondensatorów o takiej
samej wartości nominalnej, odpowiednio – rezystancji, lub pojemności każda. Mierząc każdy
z elementów jednokrotnie otrzymamy 100 wartości, na które wpływ mają nie tylko błędy
pomiarowe, ale również rzeczywiste nieznaczne różnice wartości rezystancji czy pojemności
poszczególnych elementów. Są one spowodowane tym, że niemożliwym jest wykonanie
całkowicie identycznych elementów. Jak już mówiliśmy, nie jesteśmy przecież w stanie
zapewnić idealnie stabilnych warunków zewnętrznych, także podczas procesu produkcji.
Wyniki takich pomiarów również powinny podlegać rozkładowi Gaussa. To tak, jakbyśmy
dodali kolejne rzędy prętów na tablicy Galtona (patrz. Opis teoretyczny lab 1).
