气体向真空膨胀的过程。“自由”二字是指膨胀时气体不受外界阻碍，所以气体不对环境做功，即-W=0.1843年，焦耳曾设计一套使气体向真空膨胀的仪器。焦耳发现，气体在膨胀前后温度没有变化，因而没有自环境吸入或放出热，即Q=0。根据热力学第一定律可知，气体在膨胀过程中△U=Q+W=0。所以焦耳实验(Joule’s experiment)得出以下结论，在自由膨胀中，气体的内能不变；或者说，气体的内能与体积无关，只与温度有关。后来精确的实验证明，焦耳的结论只对理想气体才是正确的。
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自由膨胀
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