2.5. Запись и первичная обработка

результатов эксперимента

При любом эксперименте важно сразу и правильно фиксировать все проделанное. Запись должна быть ясной и лаконичной. Лучше всего результаты записывать не на разрозненных листах, а в рабочей тетради, но иногда на практике оптимальным является сочетание рабочей тетради с отдельными листами. Это позволит пользоваться любым удобным видом бумаги (писчей, графической, табличной) и дополнять при необходимости записи о выполненных ранее экспериментах.

Практика показывает, что все результаты измерений следует записывать немедленно и без какой-либо обработки. Не нужно проводить никаких, даже самых простых арифметических расчетов в уме, прежде чем записать результат измерений. Это позволит избежать элементарных ошибок.

При проведении и записи измерений хорошо проверить свою запись, еще раз взглянув на прибор. Обязательно фиксируйте серийный номер прибора или оборудования, используемого при измерениях. Если в ходе эксперимента обнаружатся какие-нибудь нестыковки и, анализируя их причины, вы заподозрите, что был неисправен прибор, вам понадобится знать, каким именно прибором вы пользовались.

В большинстве экспериментов используются не все данные измерений. Зачастую экспериментатор приходит к заключению, что некоторые из них или не очень показательны, или получены не в тех условиях, или просто не имеют отношения к поставленной задаче. Иными словами, идет отбор результатов по некоторым критериям. Но все первичные данные измерений надо обязательно сохранить. Эти данные могут быть необходимы, если понадобится иной отбор результатов.

Важное значение схем в записях экспериментов и в отчетах о нем вряд ли можно переоценить. Дополненная кратким описанием схема часто оказывается самым простым и самым лучшим способом объяснения идеи эксперимента, описания установки и введения обозначений. Схема не должна быть художественным или фотографически точным изображением установки. Она должна быть как можно проще, и на ней должно быть указано только то, что имеет отношение к эксперименту. Вопрос соблюдения масштаба не принципиален, хотя в некоторых случаях полезно вычертить полную схему с приблизительным соблюдением масштаба, в других случаях можно без колебаний искажать масштаб, если это позволяет выявить ту или иную особенность.

Первичные результаты измерений лучше всего записывать в виде таблиц. Такая запись компактнее и проще для чтения. Значение одной и той же величины лучше всего записывать в вертикальный столбец. В этом случае глазу легче сопоставлять цифры. В начале каждого столбца необходимо указывать название, символ соответствующей величины и единицу измерения.

Группы данных измерения разных величин лучше разделять большими пробелами и каждой из них давать заголовок. Если серию измерений вы сводите к одному значению, например к среднему, то полезно его не только соответственно обозначить, но и как-то выделить.

Необходимо помнить, что привычка к исправлениям цифр – враг ясности. Не заставляйте всякого читающего ваши записи, да и себя тоже, по истечению некоторого времени ломать голову над исправленными цифрами. Лучше зачеркнуть неверные цифры и записать рядом правильные.

При записи пояснений к эксперименту или его результатам необходимо придерживаться следующих положений:

- всякое утверждение должно быть однозначным;

- необходимо сознательно задавать себе вопрос, возможно ли какое-нибудь иное толкование, кроме правильного. Чтобы избежать неправильного толкования, часто лучше всего бывает привести численный пример;

- если утверждение основано на числовых данных, то эти данные нужно обязательно привести.

Наиболее наглядно представить результаты эксперимента можно в виде графика. Вообще говоря, в экспериментальных исследованиях графиками пользуются для разных целей.

Во-первых, графики строят для определения некоторых величин. Это обычно наклон или отрезок, отсекаемый на оси координат, прямой, изображающей зависимость между двумя переменными. Но это довольно грубый метод, пригодный лишь тогда, когда мы проверяем результат, полученный более точным методом, или когда наклон не очень существенен для окончательного результата.

Во-вторых, графиками пользуются, чтобы установить эмпирическое соотношение между двумя величинами.

В-третьих, и это, пожалуй, основное, графиками, как уже отмечалось, пользуются для наглядности. Зачастую, глядя на цифры в таблице, трудно уловить некую связь между ними. Другое дело, когда те же данные представлены графически. Графики позволяют также более наглядно проводить сравнения экспериментальных данных с теоретической кривой.

При построении графиков необходимо руководствоваться определенной методикой. Во-первых, нужно правильно выбрать вид бумаги для графика. Бумага бывает двух видов: с обычным линейным масштабом и логарифмическая. Последняя подразделяется на полулогарифмическую, когда логарифмический масштаб взят только для одной оси координат, и двойную логарифмическую, когда такой масштаб взят для обеих осей. Полулогарифмическая бумага удобна в том случае, когда связь между переменными логарифмическая или экспоненциальная. В случае, если связь имеет вид ~ , где р-неизвестная величина,лучше использовать двойную логарифмическую бумагу.

При выборе масштаба нужно исходить из следующих соображений:

- экспериментальные точки не должны сливаться друг с другом;

- масштаб должен быть простым. Лучше всего, если единица измеряемой величины или кратные ей величины соответствуют единице масштаба;

В ряде случаев масштаб выбирается из теоретических соображений или соображений наглядности.

При построении графиков на осях координат следует указывать название или символ величины. Единицы измерений нужно указывать тем же способом, что и в таблицах. Десятичный множитель лучше отнести к единице измерения. Тогда деления на графике можно помечать цифрами 1, 2, 3, …, а не 10000, 20000 и т.д. или 0,0001, 0,0002 и т.д.

Если на графике имеется теоретическая кривая, то кривую через экспериментальные точки лучше не проводить. Чтобы различать экспериментальные данные, относящиеся к разным условиям эксперимента или разным образцам, можно пользоваться разными значками, например темными или светлыми кружками, крестиками, квадратиками и т.д. Но при этом нельзя допускать загромождение графика. Иногда лучше для каждой группы данных построить отдельный график. Ошибку в экспериментальном значении можно указать следующим образом:

или

Однако это следует делать лишь в тех случаях, если информация об ошибках действительно нужна. Например, когда от ошибок может зависеть значимость отклонения экспериментальных данных от теоретической кривой или, когда они неодинаковы для разных экспериментальных точек.

Первичная обработка – вычисление искомых функций от набора измеренных ве­личин для данного образца в данном состоянии (например, удельного электросопротивления – по отсчетам на­пряжения, тока и размерам образца), усреднение и описание рассеяния результатов повторных измерений «в одной точке».

Соблюдаются обычные правила округления: недоразумения неизбежны, когда не пишут для краткости нули (21,0 и 21,00 – это совсем разные числа). В ряде слу­чаев округление регламентирует ГОСТ: так, предел те­кучести, упругости округляют до 5 МПа при 100    500 МПа, 1 МПа – ниже и до 10 МПа – выше этого интервала . Для относительного удлинения и сужения правило ГОСТ 1497 – 73: до 0,5% округляют значения 10 %    25 % (ниже – до 0,1 %, выше – до 1 % ). Округление среднего из измерений на нескольких образцах ГОСТ не регламентирует, но ясно, что гарантировать следующий знак могут не менее 10 образцов на точку.

Все расчёты должны быть доступны для перепровер­ки, все промежуточные результаты – в таблицах в жур­нале, без черновиков. Лучше вести первичные записи так, чтобы не спутать измеренное (раз и навсегда) с расчетом, который еще не поздно перепроверить.

Поскольку графические методы не учитывают первичные ошибки кривой (в каждой точке измерений), они создают иллюзию точности, и многократное применение графической обработки часто приводит к катастрофическим результатам. Так, если найденные производные входят как первичные данные в новую задачу (например, по глубине слоев и времени на­шли коэффициент диффузии D(Т), по его температур­ной зависимости – энергию активации Q, по ее зависи­мости от состава – термодинамические константы и т.д.), то графическую обработку можно продолжать как угодно далеко (поскольку никакой информации о предыдущих погрешностях на новом графике нет). Толь­ко численное решение с оценкой дисперсий параметров напомнит, что информация исчерпана и пора остано­виться – с учетом наследования ошибок все новые па­раметры значимо не отличаются от нуля. Графическая обработка полезна лишь для предварительных прикидок, а «чистовая» обработка – почти всегда численная.