expansie van een gas zonder dat daarbij arbeid op de omgeving wordt uitgeoefend. Een vrije expansie kan men b.v. bewerkstelligen met een in twee compartimenten verdeeld vat.
Bevindt zich in het ene compartiment een gas onder druk, terwijl in het andere compartiment vacuüm heerst, dan zal na opening van een verbinding tussen beide compartimenten het gas zich door vrije expansie over beide compartimenten verdelen. Vindt de vrije expansie plaats zonder dat er warmte met de omgeving wordt uitgewisseld (adiabatisch), dan zal volgens de eerste hoofdwet der thermodynamica de inwendige energie van het gas constant blijven. Hangt nu de inwendige energie van het soortelijke volume af, dan zal bij vrije expansie de temperatuur veranderen. Met behulp van experimenten is gebleken dat de temperatuur van een ideaal gas bij vrije expansie niet verandert. De inwendige energie van een ideaal gas hangt daarom niet van het soortelijke volume af (wet van Joule). Wegens het niet omkeerbare (irreversibele) karakter van de vrije expansie, gaat deze altijd gepaard met een entropie-toename.
