진공으로 퍼지는 기체
단열된 단단한 용기를 칸막이로 나누고 한쪽에만 기체가 있다고 하자. 칸막이를 제거하면 기체는 비어 있던 공간까지 차지한다. 기체가 움직인다는 사실과 외부 물체를 밀어 일을 한다는 사실은 서로 다르다. 이 과정에는 밀어내야 할 외부 기체가 없다.
내부 에너지 수지
열교환과 외부에 한 일이 모두 0이면 열역학 제1법칙에서 ΔU=0이다. 이상기체의 내부 에너지는 온도만의 함수이므로 처음과 최종 평형 상태의 온도는 같다. 실제 기체는 분자 사이 상호작용도 있어 부피 변화와 함께 온도가 달라질 수 있다.
단열 팽창과의 차이
가역 단열 팽창에서는 기체가 피스톤을 밀며 일을 해 온도가 내려갈 수 있다. 자유 팽창은 같은 단열 조건이라도 외부 일이 없다는 점이 다르다. 따라서 모든 단열 팽창에 pV^γ=일정이라는 가역 이상기체 식을 적용하면 안 된다.
중간 상태의 해석
빠르게 퍼지는 동안에는 압력과 밀도가 공간마다 달라 전체 기체의 단일 평형 상태를 지정하기 어렵다. 처음과 나중의 평형점을 연결한 임의의 곡선을 실제 과정의 압력 경로라고 해석해서는 안 된다. 진공으로 퍼진 기체가 외부 변화 없이 저절로 원래 칸으로 모이지 않는다는 점에서 비가역적이다.