氣體向真空膨脹的過程
“自由”二字是指膨脹時氣體不受外界阻礙，所以氣體不對環境做功，即-W=0。1843年，焦耳曾設計一套使氣體向真空膨脹的儀器。焦耳發現，氣體在膨脹前後溫度沒有變化，因而沒有自環境吸入或放出熱，即Q=0。根據熱力學第一定律Q=△U+W可知，氣體在膨脹過程中△U=Q-W=0。所以焦耳實驗(Joule’s experiment)得出以下結論，在自由膨脹中，氣體的內能不變；或者說，氣體的內能與體積無關，只與溫度有關。後來精確的實驗證明，焦耳的結論只對理想氣體才是正確的。
理想氣體絕熱自由膨脹過程（非準靜態過程）
由熱力學第一定律： 由於為絕熱過程 ， 又由於氣體向真空自由膨脹，即不受阻礙， 所以 對於理想氣體內能只是溫度的函式： 所以 即理想氣體絕熱自由膨脹後溫度將恢復原來的溫度說明：
（1） 雖然理想氣體絕熱自由膨脹後溫度恢復，但整個過程並不是等溫過程。
（2） 理想氣體絕熱自由膨脹過程是非準靜態過程，除初，末態外，系統每一時刻都處於非平衡態。
（3） 對於實際氣體，溫度一般不會恢復到原來溫度。
容器分為兩室，左邊貯有理想氣體，右邊為真空．如果將隔板抽開，左室中的氣體將向 B室膨脹。這是氣體對真空的自由膨脹，最後氣體將均勻分佈於兩室。溫度與原來溫度相同。氣體膨脹後，我們仍可用活塞將氣體等溫壓回左室，使氣體回到初始狀態。不過，此時我們必須對氣體作功，所作的功轉化為氣體向外界傳出的熱量，根據熱力學第二定律，我們無法透過迴圈過程再將這熱量完全轉化為功，所以氣體對真空的自由膨脹過程是不可逆過程。
氣體向真空膨脹的過程
“自由”二字是指膨脹時氣體不受外界阻礙，所以氣體不對環境做功，即-W=0。1843年，焦耳曾設計一套使氣體向真空膨脹的儀器。焦耳發現，氣體在膨脹前後溫度沒有變化，因而沒有自環境吸入或放出熱，即Q=0。根據熱力學第一定律Q=△U+W可知，氣體在膨脹過程中△U=Q-W=0。所以焦耳實驗(Joule’s experiment)得出以下結論，在自由膨脹中，氣體的內能不變；或者說，氣體的內能與體積無關，只與溫度有關。後來精確的實驗證明，焦耳的結論只對理想氣體才是正確的。
理想氣體絕熱自由膨脹過程（非準靜態過程）
由熱力學第一定律： 由於為絕熱過程 ， 又由於氣體向真空自由膨脹，即不受阻礙， 所以 對於理想氣體內能只是溫度的函式： 所以 即理想氣體絕熱自由膨脹後溫度將恢復原來的溫度說明：
（1） 雖然理想氣體絕熱自由膨脹後溫度恢復，但整個過程並不是等溫過程。
（2） 理想氣體絕熱自由膨脹過程是非準靜態過程，除初，末態外，系統每一時刻都處於非平衡態。
（3） 對於實際氣體，溫度一般不會恢復到原來溫度。
容器分為兩室，左邊貯有理想氣體，右邊為真空．如果將隔板抽開，左室中的氣體將向 B室膨脹。這是氣體對真空的自由膨脹，最後氣體將均勻分佈於兩室。溫度與原來溫度相同。氣體膨脹後，我們仍可用活塞將氣體等溫壓回左室，使氣體回到初始狀態。不過，此時我們必須對氣體作功，所作的功轉化為氣體向外界傳出的熱量，根據熱力學第二定律，我們無法透過迴圈過程再將這熱量完全轉化為功，所以氣體對真空的自由膨脹過程是不可逆過程。