等温過程になるのはなんで?式ではなく定性的にどういうことなのか?という質問ですよね。
まず断熱されているので、左右の気体がもつ全エネルギーにたいしては保存されています。式(5)がエネルギー保存則ですね。
このとき、pV(仕事)について考えてみれば、pV=一定というボイルの法則が成り立ちます(断熱過程ならさらにポアソンの法則も成り立つわけですが)。実際(1)と(2)はボイルの法則を示しています。
無限時間が経過して圧力差がなくなるまで仕切りが動いたとすると、やはり全エネルギーは保存されているので、このときもボイルの法則が成り立つべきです。
このことから、すべての過程において温度変化がないはずであることがわかります。
そこではなく、③と④のTについてだったんですが。
質問の仕方が悪くてすみません。。。。。。。。。