理想氣體進行絕熱自由膨脹

做功和熱傳遞是改變物體內能的兩種方式，熱力學第一定律是熱學中的能量守恆定律，揭示了物體內能的增量與傳遞的熱量及做功之間的關係。數學表述式為：△E二Q十w，，式中△E是內能增量，Q是傳遞的熱量，w是做的功。

理想氣體做絕熱自由膨脹時：因為是絕熱過程和外界沒有熱交換，因此式中的Q二0，又因為體積增大，因此氣體對外做了功即w＜0，所以內能增量△E＜0，即內能減少。

理想氣體進行絕熱自由膨脹

真實氣體在自由膨脹時會有温度的變化。若是理想氣體，過程前後的温度不會變化，而且過程前後的狀態符合以下的式子其中p為壓力，V為體積而下標的i及f表示初始及結束的狀態。

在自由膨脹過程中，氣體不滿足熱力學平衡的條件，一直要到自由膨脹結束時才符合熱力學平衡。因此在過程中無法定義整個氣體的狀態函數。例如其壓力會隨着位置而改變，而過程中無法明確的定義氣體的體積。