第八章大分子的热运动力学状态及转变

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8-1 热力学第一定律与常见的热力学过程

热量是过程量
使系统的状态改变，传热和作功是等效的。
作功是系统热能与外界其它形式能量转换的量度热量是系统与外界热能转换的量度。
10
8-1 热力学第一定律与常见的热力学过程
五热力学第一定律
作机械功改变系统
状态的焦耳实验
作电功改变系统
状态的实验
A V
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8-1 热力学第一定律与常见的热力学过程
焦耳实验 1. 从外界传热, 2. 利用外界作功结论：改变系统状态(E )的方式有两种作功与传热实验证明系统从状态A 变化到状态B，可以采用做功和传热的方法，不管经过什么过程，只要始末状态确定，做功和传热之和保持不变.
dQV CV dT
dQV CV dT
1 1
单位 J mol K
摩尔定体热容: 1mol 理想气体在等体过程中吸收热量 , 用 CV ,m 表示。
CV CV ,m
20
8-1 热力学第一定律与常见的热力学过程
mol 理想气体
dQV CV ,mdT
QV CV ,m (T2 T1 )
微变过程
dQ dE dW dE pdV
准静态过程
Q E
V2
V1
pdV
14
8-1 热力学第一定律与常见的热力学过程
Q E2 E1 W E W
第一定律的符号规定
Q
E
内能增加
内能减少
W
系统对外界做功
外界对系统做功
+
系统吸热
系统放热
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8-1 热力学第一定律与常见的热力学过程
宏观运动能量
热运动能量
5
8-1 热力学第一定律与常见的热力学过程

热运动与分子动理论

热运动与分子动理论热运动是物质中微观粒子的无规则运动，是物质内部能量的一种表现形式。

分子动理论是解释物质热运动的理论基础，通过对分子的运动状态和相互作用进行研究，揭示了物质的宏观性质与微观粒子运动之间的关系。

本文将从热运动和分子动理论的基本概念、分子速度分布、热力学性质等方面进行探讨。

热运动的基本概念热运动是物质中微观粒子（如分子、原子等）在温度作用下的无规则运动。

根据分子动理论，物质的温度与其微观粒子的平均动能有关，温度越高，微观粒子的平均动能越大，热运动也就越剧烈。

分子速度分布根据分子动理论，物质中的微观粒子具有不同的速度。

这些速度服从一定的分布规律，称为分子速度分布。

根据麦克斯韦-玻尔兹曼分布定律，分子速度分布呈现高斯分布曲线，即呈现钟形曲线。

高速分子的数量较少，低速分子的数量较多，而中等速度的分子数量最多。

热力学性质与分子动理论热力学性质是描述物质宏观状态的物理量，如温度、压强、体积等。

这些性质与物质微观粒子的运动状态有密切关系，可以通过分子动理论进行解释。

温度与分子动能根据分子动理论，物质的温度与其微观粒子的平均动能有关。

温度越高，微观粒子的平均动能越大。

当物质达到热平衡时，不同物质之间的微观粒子平均动能相等，即它们具有相同的温度。

压强与分子撞击压强是单位面积上受到的力的大小，与物质微观粒子的撞击有关。

根据分子动理论，物质微观粒子在运动过程中会相互碰撞，产生压强。

当温度升高时，微观粒子的平均速度增大，撞击力增强，从而导致压强的增加。

热容与分子振动热容是物质吸收或释放单位温度变化时所需的热量。

根据分子动理论，物质微观粒子在运动过程中不仅会做直线运动，还会进行振动。

当温度升高时，微观粒子的振动速度增大，从而导致热容的增加。

应用与展望热运动与分子动理论在许多领域有着广泛的应用。

例如，在材料科学中，通过控制物质微观粒子的热运动，可以改变材料的性质和结构；在能源领域，通过分子动理论可以研究和优化能源转换过程；在生物医学领域，分子动理论可以帮助理解生物分子的结构和功能等。

高聚物的分子运动与力学状态

。
使用价值——是高聚物材料成型加工不能超过的温度。
5）脆化温度
定义——指高聚物材料在受强外力作用时，从韧性断裂转变为脆性断裂时的
温度。
使用价值——是塑料、纤维的最低使用温度。
2 . 晶态高聚物
皮革态
在轻度结晶的聚合物中，少量的晶区起类似交联点
的作用，当温度升高时，其中非晶区由玻璃态转变为高
弹态，可以观察到Tg的存在，但晶区的链段由于受晶格
生急剧变化；
4）应用——
塑料（Tg在室温以上）： Tg为使用上限和耐热指标；
橡胶（Tg在室温以上）： Tg为使用下限和耐寒指标。
V: Volume
H: Enthalpy
G’: Storage shear modulus
α: Volume coefficient of expansion
运动十分缓慢，体积松弛和构象重排在实验的时间标尺内不可能实现
，体系很难达到真正的热力学平衡状态，因而出现CP、 α和K的不连续
变化，而其体积、焓及熵连续变化，这些现象恰好与二级转变相似。
dF=-SdT+VdP
• 一级转变——以温度和压力作为变量，与自由能的一阶偏导数有关的
性质如体积、焓及熵在此过程中发生突变，这类相转变称为一级转变.
• 1 . 线形非晶态高聚物
• 2 . 晶态高聚物
• 3 . 交联高聚物
当温度在一定范围内变化时，大分子具有不同
的运动状态，高聚物宏观表现出不同的力学状态。
在恒定应力下，高聚物的温度-形变之间的关系
（温度-形变曲线）可反映出分子运动与温度变化的
关系。不同结构高聚物温度-形变曲线不同。
1 . 线形非晶态高聚物
低温度。

理学第八章大分子的热运动力学状态及转变课件

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（2）玻璃-橡胶转变区 the glass-rubber transition region
温度升高，链段的运动开始解冻，τ缩短到与观察时间同数量级时就可观察到链段的运动。
比容、比热、折光指数、膨胀系数都会发生突变或者是不连续的变化。
Tg为模量下降速度最大处（E下降近1000倍） 10－50个主链原子（链段）远程、协同分子运
分子链质量中心不变的情况下，一部分链段相对于另一部分链段而运动。
•高分子的整体运动――高分子作为整体呈现质量中心的移动 •晶区内的运动――晶型转变，晶区缺陷的运动，晶区中的局部松弛程：大分子的运动单元在一定的温度和外场（力
场、电场、磁场）的作用下，从一种平衡状态过渡到另一种与外界条件相适应的新的平衡状态，这个过程叫松弛过程。
4
8.1.3 分子运动的温度依赖性
温度升高，使分子的内能增加
运动单元做某一模式的运动需要一定的能量, 当温度升高到运动单元的能量足以克服的能垒时,这一模式的运动被激发。
温度升高，使聚合物的体积增加
分子运动需要一定的空间, 当温度升高到使自由空间达到某种运动模式所需要的尺寸后, 这一运动就可方便地进行。
动
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（3）高弹态 high elastical state
（橡胶－弹性平台区） a rubber-elastic plateau region ▪ 随着温度的升高，链段运动逐渐“解冻”，形变逐渐增大，
当温度升高到某一程度时，链段运动得以充分发展，形变发生突变，这时即使在较小的外力作用下，也能迅速产生很大的形变，并且当外力除去后，形变又可逐渐恢复。这种受力能产生很大的形变，除去外力后能恢复原状的性能称高弹性，相应的力学状态称高弹态。

大学物理第八章热力学基础

CV
2019/5/21
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§8.2 热力学第一定律
热力学基础
§8.2.1 热力学第一定律本质：包括热现象在内的能量守恒和转换定律。
E2 E1 W Q (E2 E1) W E W
Q
dQ dE dW
Q
E E2 E1
W
+ 系统吸热内能增加系统对外界做功
系统放热内能减少外界对系统做功
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热力学基础
热力学第一定律适用于任何系统(气液固)的任何过程(非准静态过程也适用),
Q E PdV
热力学第一定律的另一叙述：第一类永动机是不可能制成的。
第一类永动机：Q = 0， E = 0 ，A > 0的机器;
过一系列变化后又回一开始的状态，用W1表示外界对气体做的功，W2表示气体对外界做的功，Q1表示气体吸收的热量，Q2表示气体放出的热量，则在整个过程中一定有（ A ）
A．Q1—Q2=W2—W1 ; B．Q1=Q2
C．W1=W2 ;
D．Q1>Q2
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【例8-4】如图,一个四周绝热的气缸热,力中学基间础有一固定的用导热材料制成的导热板C把气缸分成 A.B 两部分,D是一绝热活塞, A中盛有 1mol He, B中盛有1mol N2, 今外界缓慢地
等压膨胀过程 V2>V1 , A>0 又T2>T1, 即E2-E1>0 ∴Q>0 。气体吸收的热量，一部分用于内能的增加，
一部分用于对外作功；
等压压缩过程 A<0 ， T2<T1, 即E2－E1<0 ∴Q<0 。

分子运动与凝固

分子运动与凝固凝固是物质由液体或气体状态转变为固体状态的过程。

而分子运动是物质中分子的热运动过程。

本文将探讨分子运动与凝固之间的关系。

一、动力学理论分子运动和凝固过程都可以通过动力学理论来解释。

动力学理论认为，分子在热力学平衡下，具有不同的运动状态。

液体状态下，分子之间的相互作用较弱，分子不断运动，形成流动的状态。

而在低温下，分子的运动速度减缓，逐渐达到静止状态，即凝固。

二、分子热运动分子热运动是物质中分子不断运动的表现。

分子具有热能，其运动状态受到温度的影响。

在高温下，分子的热运动较为剧烈，自由度较高，分子之间的间距较大，无法形成固定的结构。

而在低温下，分子的热运动减缓，分子之间的相互作用力增强，逐渐形成有序排列的结构，即凝固。

三、凝固过程凝固是物质从液体或气体状态转变为固体状态的过程。

凝固通常发生在物质的熔点以下，当温度降低到物质的熔点时，分子热运动减慢，逐渐达到静止状态。

在凝固过程中，由于分子间的相互作用力增强，分子重新排列，形成新的结晶体。

凝固过程可以分为凝固核形成、晶体生长和结晶体完全形成三个阶段。

四、凝固与物态变化物质的物态变化包括固态、液态和气态三种状态。

凝固是物质由液态向固态转变的过程，反映了物质从无序状态向有序状态的变化。

相比于液态和气态，固态物质具有更大的稳定性和规律性，分子排列有序，相互之间的距离和角度是固定的。

五、分子运动与凝固的应用分子运动和凝固是物质科学和材料学研究的重要内容。

在材料领域，了解分子运动和凝固过程有助于控制材料的性质和结构。

例如，在合金制备过程中，通过调控分子运动和凝固过程，可以获得具有特定性能的合金材料。

此外，在冶金学和材料工程学中，对分子运动和凝固的研究也为金属的提纯和晶体的生长提供了理论基础。

六、总结分子运动和凝固是物质状态变化和物质性质改变的重要过程。

分子热运动是物质中分子不断运动的表现，凝固是物质由液体或气体转变为固体的过程。

分子运动和凝固的理论与应用对于材料学和物质科学具有重要意义，能够帮助我们深入理解物质的性质和变化机理。

生物大分子相互作用的热力学原理及分析方法

生物大分子相互作用的热力学原理及分析方法生物大分子相互作用是维持生物体各种生理活动的关键，也是许多生命过程中发生的基础反应。

其运动、结构、功能和调控的机制都与充电和热力学相关。

此文旨在介绍生物大分子相互作用的热力学原理及其分析方法。

一、热力学基础热力学是研究能量转化与宏观现象之间的关系的学科。

能量转化是指从一种形式的能量转移到另一种形式，从而驱动宏观过程。

而生物大分子相互作用存在于生物体内，因此必须重视化学反应热力学的基础知识。

热力学中有几个重要的概念需要特别说明。

（一）系统与环境在本文中，系统指的是被研究的生物大分子样品，而环境是指不包括系统的所有其他物质，两者间通过作用力所交换的能量就是热力学热力。

热力学研究的重点是如何将系统和环境之间相互转移的能量描述，并对系统和环境特征作出测量。

（二）热力学第一定律和第二定律热力学第一定律指的是能量不会消失或产生，只能转化成其他形式。

第二定律主要说明了能量转化的方向：永远不会从自己低温的物体转移热量到高温的物体上，也不会从无序的系统到有序的系统上。

因此，生物大分子相互作用过程中能量的转移必须遵循第一和第二定律的规律。

（三）熵和自由能热力学中有一个重要的概念是熵（entropy）。

在生物大分子相互作用的过程中，随着体系的复杂化，熵增加，从而使有序变为混沌的情况变得不可避免。

自由能（Gibbs free energy）是能量转移和过程中的有助于实现生物大分子相互作用的因素。

要能够提高系统中有组织的状态，并使其达到最大的稳定状态，就需要使系统的自由能达到最小。

在预测反应的方向和速率上，自由能变化是非常重要的。

二、常用的生物化学分析方法生物大分子相互作用的研究涉及到多种现代生物化学和物理化学方法。

目前，常用于热力学研究的方法主要包括等温滴定量热法、差示扫描量热法、圆二色性光学光谱法、荧光共振能量转移法、表面等离子共振法等。

下面将分别介绍这些方法的原理和应用。

（一）等温滴定量热法等温滴定量热法（Isothermal titration calorimetry，ITC）是研究生物大分子相互作用最常用的实验技术之一。

分子运动与热能

分子运动与热能热能是物体分子运动所具有的能量。

分子运动是指物质微观粒子——分子的热运动。

分子运动的特性和规律对理解热现象和热能转化至关重要。

本文将以分子运动的角度来探讨和解释热能的产生和传递。

一、分子运动的基本特性1. 分子运动的速度：根据气体动理论，分子速度与温度成正比。

在给定温度下，分子的速度服从马克思韦尔分布，即速度分布为高斯分布。

2. 分子运动的路径：分子在运动中呈现随机运动、无规则碰撞的特性。

分子路径的无序性导致能量在物质中的传递和分布。

3. 分子碰撞：分子通过相互碰撞来传递能量。

在碰撞过程中，能量可以从速度更高的分子传递给速度较低的分子，实现能量的平衡。

4. 分子自由度：分子在空间中具有多种运动方式，如平动、转动和振动。

不同自由度的运动会影响分子的能量和热量的传递。

二、分子运动与热能传递1. 热平衡与热传导：当两个物体处于热平衡时，它们之间的热能不再传递。

而热传导是指物体间由于温度差异造成的热能传递。

2. 分子碰撞与热能传递：热能通过分子间的碰撞进行传递。

当两个物体温度不同，分子速度不同，碰撞会使能量从高温物体传递到低温物体。

这种能量传递方式称为热传导。

3. 物质热传导性质：物质的热传导性质与分子运动密切相关。

导热性能好的物质，其分子间的碰撞频率高，能量传递迅速，导热系数较大。

4. 热容与分子运动：物体的热容与其分子的平动能量和振动能量有关。

热容越大，物体吸收或释放的热能越大，热传递能力越强。

三、热力学定律解释1. 热力学第一定律：热力学第一定律给出了能量守恒的原则。

根据这一定律，物体的内能变化等于吸收的热量减去对外界做功的量，即ΔU = Q - W。

2. 热力学第二定律：热力学第二定律阐述了热量自然传递的方向。

根据这一定律，热量不会自动从低温物体传递到高温物体，而是从高温物体传递到低温物体，熵增加。

3. 熵与分子运动：熵是物体无序程度的度量，与分子的运动状态有关。

当物体的熵增加时，分子的运动方式更随机，热能更分散。

高分子物理与化学习题答案

高分子物理与化学习题解答――参考答案第一章绪论1. P16: 名词解释：单体：能够形成聚合物中结构单元的小分子化合物结构单元：构成高分子链并决定高分子性质的最小原子组合重复单元：聚合物中组成和结构相同的最小单位，又称为链节。

聚合物：由结构单元通过共价键重复连接而成的大分子聚合度：即高分子链中重复结构单元的重复次数，是衡量聚合物分子大小的指标。

3. P16写出下列单体的聚合反应式,以及单体/聚合物的名称1）.2） 3） 4）5） 6. P17: 写出下列混合物的数均分子量、重均分子量和分子量分布指数（1）组分1：质量分数=0.5，分子量=1 x 104 （2）组分2：质量分数=0.4，分子量=1 x 105 （3）组分3：质量分数=0.1，分子量=1 x 106解：4641085.11011054.0105.01/1⨯=++====∑∑∑∑∑∑Mi WiWi MiWiWi Ni NiMi M n 56541045.1101.0104.0105.0⨯=⨯+⨯+⨯==∑WiMi Mw 1045.15⨯Mw nCH 2CHF2CHF n氟乙烯聚氟乙烯nCH 2C(CH 3)CH 2C(CH 3)2n聚异丁烯异丁烯nHO (CH 2)5H O(CH 2)5COOHn 6-羟基己酸聚己内酯nn CH 2CH 2CH 2O CH 2CH 2CH 2O 1，3-环丙烷聚氧化丙撑n nn H 2N(CH 2)6NH 2HOOC(CH 2)4COOH+2)6NHCO(CH 2)4CO 己二胺己二酸尼龙66第三章自由基聚合习题解答1.P73-74. 判断下列单体能否进行自由基聚合、阳离子聚合、阴离子聚合？并说明理由判断：1,1—二取代易聚合,除大取代基如—C6H5外1,2—二取代,除取代基为F以外都难聚合双键上电荷密度大,不利于自由基进攻—烯丙基单体取代基吸电性太强也不利于自由基聚合,如CH2=C(CN)2,CH2=CH(NO2)4. P74 写出下列常用引发剂的分子式和分解反应式(1) 偶氮二异丁腈【见教材P43】H 3CC CH 3H 3CC CH 3NNC CH 3CH 32N2+(2) 偶氮二异庚腈CH 2C CH 3NNC CH 2CH 3N2+CHHCH 3C CH 3CH 3CH 2C CH 3HC CH 33（3）过氧化二苯甲酰【见教材P43】（4）异丙苯过氧化氢【见教材P43】（5）过硫酸铵体系【见教材P43】(6) 过硫酸钾－亚硫酸盐体系【见教材P44】（7）过氧化二苯甲酰-N,N-二甲基苯胺体系【见教材P44】O NH 4H 4NH 4N2C OO C OO2+CO C CH3CH3O OH C CH 3CH 3O HO +S 2O 82- + SO 342- +SO 4-· +SO 3-·N CH 33O C O N CH 3CH 3C O OC O ON CH O CO C O O5. P74 以偶氮异丁腈为例，写出氯乙烯自由基聚合的各基元反应 1.)链引发(2)链增长:CH 2CHCl CHCl ·CH 2CH 3CNC CH 3CHCl ·CH 3C CH 3+CH 2CH 2CHClCHCl CH 3CNC CH 3CH 2n-1CH 2CHCl·CH 2CHCl(3)链终止: 偶合:CH 3CNC CH 3CH 2CHCl CH 3CNC CH 32n 2CHCl CH 3CNC CH 3CH 2n-1CH 2CHCl·歧化CH 3C N CN C ·CH 3CH 3CH 3N CH 3CN C CH 32+N 2CH 2CHCl CHCl·CNCH 3CH 3C ·+CH 2CH 3C CH 32CHCl CH 3CNC CH 3CH 2n-1CH 2CHCl·CHCl CH 2n-1CH 2CH 3CNC CH 3CH 2ClCHCl CH 2n-1CH 3CNC CH 3CH CHCl +13.P74.解：苯乙烯 d=0.887g/ml本体聚合：[M]=0.887/104=8.53×10-3（mol/ml ）=8.53（mol/l ） [I]=（0.109%×0.887）×103/242≈4×10-3（mol/l ）苯乙烯以偶合终止为主：n x =2ν=2R p /R i（1）R i =2R p /n x =246010255.024-⨯⨯=2.07×10-8（mol/L.s ）由R i =2k d f[I] f=0.8（2）k d = R i /2f[I]=381048.021007.2--⨯⨯⨯⨯=3.23×10-6（s -1）（3）自由基寿命τ=[ M·]/R t =1/2k t [M·]=k p [M]/ 2 k t R p64p 109.453.882.010255.02][2R --⨯=⨯⨯⨯==M k k t p τ在测定k t 、k p 时，由R p =k p [M][ M·] R i =2k t [M·]2得4282422P 21063.833.81007.2)10255.0(2][2R ---⨯=⨯⨯⨯⨯==M R k k I t Pk p =1.76×102（l//mol.s ） k t =3.59×107（l//mol.s ）数量级k t > k p >>k d（5）[M·]= 1/2k t τ=1/（2×3.6×10-7×0.82）=1.7×10-8（mol/l ）[M] >>[M·]（6）R t =[M·]/τ=1.7×10-8/0.82=2.1×10-8（mol/L.s ）∴ R p >> R p = R i17.P74 参见教材 P61-63.19. P75概念：本体聚合和添加少量溶剂的溶液聚合等反应往往会出现反应自动加速现象。

新课标教科版3-3选修三1.2《分子的热运动》课件

解释宏观现象
分子热运动理论能够解释许多宏观现象，如扩散、溶解、蒸发等。
100%
指导化学反应
分子热运动理论对于化学反应的机理和反应速度有重要影响，为化学反应的预测和控制提供了理论基础。
80%
推动科学技术发展
分子热运动理论的发展推动了科学技术的发展，如化学工程、材料科学、制药等领域的应用。
分子运动论的建立
19世纪末，科学家开始对分子运动进行研究，并逐渐形成了分子运动论。该理论认为物质是由分子构成的，分子在不停地做无规则运动。
分子热运动的定义和特点
定义
分子热运动是指由于温度的影响，物质中的分子所进行的不规则运动。
特点
无规则性、连续性、随机性、微观性。
分子热运动的意义
80%
重要性
分子热运动是物理学中的基本概念，对于理解物质的性质、化学反应以及热力学的基本规律具有重要意义。
与其他知识点的关系
本节内容与分子动理论、热力学的基本定律等知识点密切相关，为后续学习打下基础。
学习目标
掌握分子热运动的基本规律。
能够运用分子热运动的知识解释生活中的现象和实验结果。
培养学生对物理学的兴趣和科学探究精神。
气体分子的平均自由程实验
总结词
测量气体分子在给定温度下的平均自由程。
详细描述
实验中，通过测量气体分子与固体表面碰撞的频率，可以计算出气体分子的平均自由程。这有助于理解气体分子在热运动中的相互碰撞和散射。
分子力与分子势能实验
总结词
探究分子间的相互作用力和分子势能的变化规律。
详细描述
实验中，通过测量不同距离下分子间的相互作用力，可以分析分子势能的变化规律。这有助于理解分子间的相互作用和分子结构对物质性质的影响。

分子热运动物理

分子热运动物理引言：分子热运动是物质微观粒子（分子或原子）在温度作用下的无规则运动。

热运动是物质热力学性质的基础之一，对于理解物质的物理和化学性质具有重要意义。

本文将从分子热运动的原理、分子的运动状态、分子热运动的性质以及分子热运动在物理学中的应用等方面进行阐述。

一、分子热运动的原理分子热运动的原理可以从统计力学的角度来解释。

根据统计力学理论，分子热运动是由于分子间相互作用力的不断碰撞和相互作用所引起的。

分子间的相互作用力包括吸引力和排斥力，这些力使得分子在空间中不断地做无规则的运动。

二、分子的运动状态分子的运动状态可以用速度和能量来描述。

分子的速度大小和方向是随机的，符合统计分布规律。

根据分子平均动能定理，分子的平均动能与温度成正比，即温度越高，分子的平均动能越大。

分子的能量分布服从麦克斯韦速度分布定律，即在给定的温度下，分子速度的分布呈高斯分布。

三、分子热运动的性质1. 分子热运动是无规则的，具有随机性。

分子在热运动中无规律地改变运动方向和速度，呈现出无序的状态。

2. 分子热运动具有碰撞性。

分子之间的相互作用力使得它们在热运动中不断碰撞，碰撞过程中能量的转移和转换也在不断进行。

3. 分子热运动具有统计性。

大量的分子在热运动中呈现出统计规律，可以通过统计方法来研究和描述分子热运动的性质。

四、分子热运动的应用1. 理论物理学中，分子热运动是研究物质性质的基础之一。

通过研究分子热运动的性质，可以揭示物质的热力学性质，如热容、热膨胀等。

2. 物理化学中，分子热运动对于反应速率和化学平衡的研究具有重要意义。

分子的热运动使得分子之间发生碰撞，进而影响化学反应的速率和平衡位置。

3. 材料科学中，分子热运动对于材料的热传导和导电性能起着重要作用。

分子热运动使得热能和电能在材料中传导，影响材料的热导率和电导率。

4. 生物物理学中，分子热运动对于生物大分子的结构和功能具有重要影响。

分子热运动使得生物大分子在空间中不断摆动和旋转，影响其结构的稳定性和功能的发挥。

高分子化学与物理(高分子的热运动、力学状态及其转变)-试卷1

高分子化学与物理（高分子的热运动、力学状态及其转变）-试卷1(总分：78.00，做题时间：90分钟)一、名词解释题(总题数：15，分数：30.00)1.玻璃化转变；（分数：2.00）__________________________________________________________________________________________ 正确答案：(正确答案：玻璃化转变：玻璃态和高弹态之间的转变。

)解析：2.黏流转变；（分数：2.00）__________________________________________________________________________________________ 正确答案：(正确答案：黏流转变：高弹态和黏流态之间的转变。

)解析：3.次级转变；（分数：2.00）__________________________________________________________________________________________ 正确答案：(正确答案：次级转变：在玻璃化温度下与小尺寸运动单元的运动所对应的松弛转变。

)解析：4.结晶熔融；（分数：2.00）__________________________________________________________________________________________ 正确答案：(正确答案：结晶熔融：熔融是物质从结晶状态变为液态的过程。

熔融是结晶的逆过程。

)解析：5.平衡熔点；（分数：2.00）__________________________________________________________________________________________ 正确答案：(正确答案：平衡熔点：在平衡熔点，晶相和非晶相达到热力学平衡，自由能变化△G=0。

高分子物理与化学课程教学大纲

《高分子物理与化学》课程教学大纲（Polymer Physics & Chemistry）学时数 :48 其中：实验学时：0 课外学时：0学分数：3课程类型：专业任选课适用专业：材料化学专业执笔者：（姓名叶秀芳职称讲师）审核人：（姓名袁毅桦、职称教授、职务院长）编写日期：2013年9月一、课程简介高分子物理与化学是研究高分子化合物合成、反应及其结构与性能之间关系的一门学科，其主要内容包括高分子化学与高分子物理的基本概念；各种类型聚合反应的机理、动力学研究、影响因素及实施方法；聚合物间的化学反应特征、类型和应用；聚合物的多层次结构特点、研究模型介绍；高分子的分子运动特点及主要物理、机械性能的基本概念、基本理论和基本研究方法；高分子固体、溶液的性质及相应的表征方法；高分子的电、热及光学性质等内容。

二、课程的性质、目的和任务高分子物理与化学是研究高分子化合物合成、反应及其结构与性能之间关系的一门科学，高分子物理课程的学习对象是材料化学专业学生，该课程是材料化学专业高分子材料方向的专业课程。

其主要任务是使学生掌握聚合反应原理，合成方法，聚合物的多层次结构、分子运动及主要物理、机械性能的基本概念、基本理论和基本研究方法，为从事高分子设计、改性、加工，应用奠定基础。

通过高分子物理与化学课程的学习，使学生掌握和运用所学的有关基础理论、基本知识与有关公式，加深对基本内容的理解，培养分析与解决实际问题的能力，指导进行大分子设计、聚合物的加工、改性及应用等工作，培养学生严谨的科学态度和创新精神，为以后从事高分子研究、教学、生产的能力培养打下理论基础。

在学习过程中，除了要牢固掌握本学科成熟的基础理论，同时需要更多的了解学科前沿，一方面通过课堂教学了解高分子物理与化学的基本内容，另一方面，要重视参考书和参考资料的阅读，扩大知识面。

三、课程的教学基本要求（一）高分子学科基本概念掌握高分子学科的基本概念、高分子的定义、分类和命名，高分子合成反应的分类，高分子材料结构与性能的关系。

第八章大分子的热运动、力学状态及其转变

程.
• 高聚物的不是一单一数值，运动单元越大，运高聚物的τ 不是一单一数值，运动单元越大，动所需时间越长，运动单元越小，动所需时间越长，则τ 大，运动单元越小，则τ 小，所以高聚物的τ 严格地讲是一个分布，称为“ 所以高聚物的严格地讲是一个分布，称为“松弛时间谱” 弛时间谱” • 当观察时间的标度与聚合物中某种运动单元例如链段）值相当时，（例如链段）的τ 值相当时，我们才能观察到这种运动单元的松弛过程，种运动单元的松弛过程，但仍然观察不到其它运动单元的松弛过程。动单元的松弛过程。
例1：： • 古代欧洲教堂的玻璃几个世纪后呈下厚上薄（重力古代欧洲教堂的玻璃几个世纪后呈下厚上薄（作用）作用） • 塑料雨衣长期悬挂，会在悬挂方向出现蠕变（重力塑料雨衣长期悬挂，会在悬挂方向出现蠕变（作用），作用），这些是塑料（固体）呈现液体的力学行为。这些是塑料（固体）呈现液体的力学行为。例2：： • 在倾倒高聚物熔体时，若用一根棍子快速敲打流在倾倒高聚物熔体时，则熔体液流也会脆性碎掉。体，则熔体液流也会脆性碎掉。这是高聚物熔体呈现固体力学行为的例子。这是高聚物熔体呈现固体力学行为的例子。
化学组成: 碳链、杂链、元素、无机化学组成: 碳链、杂链、元素、结构单元键接方式: 结构单元键接方式:头-头、头-尾高分子的构造:线形、支化、近程结构高分子的构造:线形、支化、交联共聚物的组成与结构:无规、交替、嵌段、共聚物的组成与结构:无规、交替、嵌段、接枝高分子链的构型:几何异构、高分子链的构型:几何异构、光学异构高分子的大小：分子量、均方末端距、高分子的大小：分子量、均方末端距、均方半径远程结构高分子的形态：构象、高分子的形态：构象、柔顺性晶态结构非晶态取向态液晶态多组分聚合物体系

《分子的热运动》课件

温度的微观解释
总结词
温度是大量分子无规则运动的宏观表现。
详细描述
在一定温度下，大量分子的无规则运动激烈程度相同，平均动能保持不变。温度越高，分子的平均动能越大，反之则越小。
05
分子的热运动与能量的关系
分子热运动的能量表现
分子动能
分子由于运动而具有的能量，与分子的速度和质量有关。
分子势能
分子间的相互作用力产生的能量，与分子间的距离和相互作用力有关。
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《分子的热运动》 ppt课件
目录
CONTENTS
• 引言 • 分子的热运动概述 • 分子的热运动规律 • 分子的热运动与温度的关系 • 分子的热运动与能量的关系 • 分子的热运动的应用
01
引言
主题介绍
分子热运动的定义
分子热运动是指物质内部微观粒子（如原子、分子等）在温度升
高时所进行的无规则运动。
总结词
温度是分子热运动剧烈程度的宏观表现。
详细描述
温度越高，分子热运动越剧烈，分子动能越大；反之，温度越低，分子热运动越缓慢，分子动能越小。
温对物质性质的影响
总结词
物质性质受温度影响，随温度变化而变化。
详细描述
如气体压力、体积、密度等性质随温度升高而增大，液体和固体的体积、硬度、弹性模量等性质随温度升高而减小。
压力
压力越大，分子间的距离越小，相互碰撞的频率越高，热运动越剧烈。
物质种类
不同物质中分子的热运动速度和方向不同，表现出不同的热学性质。
03
分子的热运动规律
分子热运动的规律
分子热运动是无规则的
分子间的相互碰撞
分子在热运动中没有固定的运动轨迹，其运动状态是随机的。

高分子化学非晶态聚合物

τ= τ0exp( △E / RT ) ,△E 为松弛过程活化能 ①温度升高，分子热运动能量增大，分子运动加剧， τ减小；
②温度下降，分子热运动能量减小，分子运动减缓， τ增大。
8.3.2 非晶态聚合物的热转变和力学状态
聚合物的物理状态从热力学和动力学不同角度可分为相态和聚集态。
相态是热力学概念，由自由焓、温度、压力和体积等热力学参数决定。相态转变伴随着热力学参数的突变。相态的转变仅与热力学参数有关，而与过程无关，也称热力学状态。
高分子化学及物理第八章非晶态聚合物
8.1 分子间的相互作用
8.1.1 概述
高分子的聚集态结构也称三级结构，或超分子结构，它是指聚合物内分子链的排列与堆砌结构。
虽然高分子的链结构对高分子材料性能有显著影响，但由于聚合物是有许多高分子链聚集而成，有时即使相同链结构的同一种聚合物，在不同加工成型条件下，也会产生不同的聚集态，所得制品的性能也会截然不同，因此聚合物的聚集态结构对聚合物材料性能的影响比高分子链结构更直接、更重要。
(2)高弹态---在力学性能上区别于低分子材料的重要标志
玻
璃
态
形变
I
高弹态
III
II
温度
随着温度的升高Tf＞T＞Tg，分子热运动能量升高,可以克服单键内旋转所需克服的位垒,链段运动逐渐“解冻”，形变逐渐增大，当温度升高到某一程度时，链段运动得以充分发展，形变发生突变，进入区域II，这时即使在较小的外力作用下，也能迅速产生很大的形变，并且当外力除去后，形变又可逐渐恢复。这种受力能产生很大的形变，除去外力后能恢复原状的性能称高弹性，相应的力学状态称高弹态。
聚合物的聚集态结构主要包括晶态结构、非晶态结构、液晶态结构和取向态结构。

高分子物理----高分子的热学性能

四、影响玻璃化转变温度的因素
Cl
[ CH2
T / oC:
CH ] Cl 87
n
[ CH2
C Cl -17
]n
F
[ CH2
T / oC:
CH ] F 40
n
[ CH2
C F度的因素
（3）分子间作用力（极性、氢键、离子键）
a．极性
侧基的极性越强，分子间作用力越大，柔性越差，Tg越高。
[ CH2
CH ] R CH3 R: H CH3 -20 CH2CHCH3 29 100 138
n
T / oC: -68
[ CH2
CH ]
n CH3 CH3 C CH3 CH3 43
COOR R: T / oC: CH2CH2CH3 -56 CH2CHCH3 -22
四、影响玻璃化转变温度的因素
b．侧基柔性
难易程度。
二、聚合物的力学状态与热转变
c. 脆化温度（Tb）在玻璃态，高聚物虽然很硬，但并不脆，因而可以
作为塑料被广泛使用，但当温度进一步降低，达到一定
的温度时，在外力作用下，高聚物大分子发生断裂，这
个温度称为脆化温度，是高分子所有性能的终止点。
二、聚合物的力学状态与热转变
d. 分解温度（Td）分解温度是高聚物开始发生交联、降解等化学变化的温度。在加工时不能超越这一温度。
玻璃化温度是指聚合物从玻璃态向高弹态转变的温度，也是链段开始运动或被冻结的温度。
关于玻璃化温度的测试方法比较多，但大致可分
成下面四类方法。
三、聚合物的玻璃化转变
1. 利用体积的变化的方法常采用膨胀计来测试。 2. 利用热力学性质变化的方法 ① 差热分析（DTA） ② 差示扫描量热仪（DSC）

高分子化学与物理基础(第二版) 第8章高分子的分子运动、力学状态

8.6.1 结晶熔融过程与熔点
8.6.1 结晶熔融过程与熔点
8.6.2 结晶温度对熔点的影响
利用结晶温度对结晶的影响，可以在成型加工过程中对结晶高分子进行热处理，调节或控制高分子的结晶形态，使其能够满足不同的性能要求。热处理方法包括退火和淬火。
8.6.3 晶片厚度与熔点的关系
晶片厚度主要受结晶条件的影响，如果高分子结晶完善程度比较高，晶片厚度增大，结晶熔点会相应提高；结晶不完善会导致晶片厚度变小，结晶熔点降低。
8.3.2.3 等黏态理论
8.3.2 玻璃化转变理论
8.3.2.4 松弛过程理论
8.4 影响玻璃化转变温度的因素
1 链结构 2 分子量 3 支化、交联和结晶 4 共聚 5 共混
8.4 影响玻璃化转变温度的因素
6 分子间作用力 7 外界条件 8 调节玻璃化转变温度的方法
8.4.1 链结构
8.4.1.1 主链结构 8.4.1.2 取代基（1）不对称取代
则既可以降低也可以升高高分子的。
8.5 玻璃化转变温度下的次级转变
次级转变所涉及的分子运动机理一般包括以下几类：（1）侧基的旋转和构象转变（2）主链中杂原子基团的运动（3）主链的碳-碳链节以主链为轴的转动
8.6 结晶高分子的熔融转变
1 结晶熔融过程与熔点 2 结晶温度对熔点的影响 3 晶片厚度与熔点的关系 4 链结构对熔点的影响 5 共聚物的熔点 6 杂质对高分子熔点的影响
随着升温（或降温）速率的变化，测得的也在变化。 8.4.7.3 外力作用频率
8.4.8 调节玻璃化转变温度的方法
8.4.8.1 增塑在高分子中加入增塑剂的主要目的是为了降低高分子的
温度和加工温度，因为加入增塑剂后可以使分子链之间的相互作用力减弱。

(完整word版)高分子的热运动和玻璃化转变温度

6.1高聚物的分子热运动高聚物的结构比小分子化合物复杂的多，因而其分子运动也非常复杂。

主要有以下几个特点:（1）运动单元的多重性.除了整个分子的运动（即布朗运动）外还有链段、链节、侧基、支链等的运动（称微布朗运动）。

（2)运动的时间依赖性。

从一种状态到另一种状态的运动需要克服分子间很强的次价键作用力（即内摩擦），因而需要时间，称为松弛时间，记作。

＝当时，，因而松弛时间的定义为：变到等于的分之一时所需要的时间。

它反映某运动单元松弛过程的快慢。

由于高分子的运动单元有大有小，不是单一值而是一个分布，称“松弛时间谱”。

（3）运动的温度依赖性。

升高温度加快分子运动，缩短了松弛时间。

＝式中：为活化能；为常数。

在一定的力学负荷下，高分子材料的形变量与温度的关系称为高聚物的温度—形变曲线（或称热机械曲线，此称呼已成习惯，其实称“形变-温度曲线”更准确）。

①线形非晶态聚合物的温度—形变曲线典型的温度—形变曲线如图6—1所示,相应的模量-温度曲线（图6—2)同样用于反映分子运动(曲线形状正好倒置）。

图6-2线形非晶态聚合物的模量－温度曲线曲线上有三个不同的力学状态和两个转变（简称三态两转变），即玻璃态(grassy state）:链段运动被冻结，此时只有较小的运动单元如链节、侧基等能运动，以及键长、键角的变化，因而此时的力学性质与小分子玻璃差不多,受力后形变很小（0。

01～0.1％），且遵循虎克定律,外力除去立即恢复.这种形变称为普弹形变.玻璃化转变（grass transition）：在3~5℃范围内几乎所有物理性质都发生突变,链段此时开始能运动，这个转变温度称为玻璃化（转变）温度，记作。

高弹态（rubbery state）:链段运动但整个分子链不产生移动。

此时受较小的力就可发生很大的形变（100～1000％），外力除去后形变可完全恢复，称为高弹形变。

高弹态是高分子所特有的力学状态。

流动温度（flow temperature）：链段沿作用力方向的协同运动导致大分子的重心发生相对位移,聚合物呈现流动性,此转变温度称为流动温度，记作。

有关分子热运动

有关分子热运动
热运动是传统物理学中的一个重要研究领域，它是一种物理过程，描述的是物质的热力学过程。

热运动的基本特征是，物体的温度在它的各个空间位置上不断变化，而这种变化通常是是随机的，由位置而异。

热运动在很多物理学领域中均有广泛的应用，例如热传导，热量学，热熔合等等。

分子热运动是物质分子在物质中的运动，与传统的热力学运动不同，它是一种随机运动，而不是有规律的运动。

分子热运动是由分子级别的属性决定的，这些属性包括分子的形状，大小和质量等。

这种运动经历的过程很难预测，因为它的数量也很大，其变化是由物质的温度等其他因素决定的。

分子热运动是微观过程，它在历史上一直是热力学的一个重要课题。

在分子热运动过程中，物质的温度被吸收或释放，它们被转变为能量，从而影响热运动的转换。

它又可以通过调整物质分子的性质来影响热量的传播。

分子热运动也可以与物质化学变化联系起来，当物质的分子处于一定的温度时，它们会发生化学反应，产生出新的分子。

这样的变化也会导致热运动的变化，影响物质的温度和状态。

分子热运动也可以与热传导有关，当物质中的分子热激活时，它们会吸收来自邻近分子的能量，发生分子热运动。

此外，这种过程还能够影响分子之间的相互作用，改变物质的形状和结构。

最后，需要指出的是，分子热运动的研究并不是一项简单的研究
领域，而是一个复杂的综合性领域，需要涉及物理学，化学，力学，热学等各种学科的知识来进行研究。

然而，分子热运动也是影响物质的基本过程，研究其规律对于理解物质的性质和行为有重要的意义，从而为物理和化学研究做出重要贡献。