自由膨脹

由於體系經歷絕熱過程，故與外界無熱交換。又由於氣體向真空自由膨脹，外壓為零，故體系對環境做功也為零。由熱力學第一定律可得體系內能的變化為零，理想氣體的內能只是温度的函數，所以理想氣體絕熱自由膨脹後温度將恢復原來的温度。

説明：

（1） 雖然理想氣體絕熱自由膨脹後温度恢復，但整個過程並不是恆温過程。

（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，温度一般不會恢復到原來温度。

實驗證實參見焦耳實驗：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。温度與原來温度相同。氣體膨脹後，我們仍可用活塞將氣體等温壓回左室，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，我們無法通過循環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。 ^[2]