Чтобы понять, получает газ тепло или отдаёт, используем первый закон термодинамики: всё подведённое тепло Q идёт на изменение внутренней энергии газа \Delta U и на работу A, которую газ совершает: Q=\Delta U+A. Здесь A — работа самого́ газа: при расширении она положительна, при сжатии отрицательна. Понадобится и плотность \rho=\dfrac{m}{V}: масса газа постоянна, поэтому чем больше плотность, тем меньше объём.

Участок 1–2. Точки лежат на прямой, выходящей из начала координат: давление прямо пропорционально плотности, p\propto\rho. Свяжем это с температурой. Так как \rho=\dfrac{m}{V}, подставим в уравнение состояния и получим p=\dfrac{\rho}{\mu}RT. Если p и \rho меняются в одинаковое число раз, их отношение постоянно — значит, постоянна и температура. Это изотермический процесс. У идеального газа внутренняя энергия зависит только от температуры, поэтому \Delta U=0. Плотность растёт — объём уменьшается, газ сжимают, работа газа отрицательна: A\lt 0. Тогда Q=0+A\lt 0 — газ отдаёт теплоту.

Участок 2–3. Плотность постоянна, значит постоянен и объём — это изохорный процесс. При неизменном объёме газ не совершает работы: A=0. Давление растёт при постоянном объёме, а это происходит при росте температуры. Раз температура растёт, внутренняя энергия увеличивается: \Delta U\gt 0. Тогда Q=\Delta U\gt 0 — газ получает теплоту.