研究气体内能的实验。是J.P.焦耳于1845年完成的。容器A内装有气体，B抽成真空，盛有水的容器D用绝热壁制成，A、B浸在温度为T的水中，达到热平衡后打开活栓C，气体膨胀而进入B，因气体膨胀时不受阻碍,所以称为自由膨胀。气体因膨胀而改变了体积,从温度计E读数的变化来测定气体内能与体积变化的关系（质量不变）。一般把在等内能过程中因气体自由膨胀时体积V改变一个单位而引起温度T变化的这种现象称为焦耳效应,而把这个量称为焦耳系数，即式中U为内能，CV为定容热容。在当时的测量精度下,实验发现λ=0，即气体的内能只是温度的函数，与体积无关，称之为焦耳定律。实验证明，遵守焦耳定律的气体也遵守玻意耳定律(见理想气体状态方程)，这种气体叫做理想气体。理想气体的内能只和温度有关，是因为理想气体分子之间与距离有关的相互作用可忽略不计，而实际气体则需计及这部分相互作用。在焦耳实验中，没有观察到气体温度的变化，即内能不随体积变化，这是因为水的热容大，气体内能的变化不能使水温发生可测的变化。