Стальной шарик нагрели на огне. Как вы считаете, что изменилось внутри шарика?

Когда стальной шарик нагрели на огне, внутри него изменилось прежде всего движение частиц и распределение энергии.

Сталь состоит из атомов железа и примесей, в том числе углерода. При обычной температуре атомы в твёрдом теле не летают свободно, а колеблются около своих положений в кристаллической решётке. Когда шарик нагревают, ему передаётся тепловая энергия. Поэтому атомы внутри шарика начинают колебаться сильнее и быстрее. То есть внутренняя энергия шарика увеличивается.

Из-за усиления колебаний атомов расстояния между ними в среднем немного увеличиваются. Поэтому шарик при нагревании расширяется: его диаметр становится чуть больше, хотя на глаз это может быть почти незаметно. Масса шарика при этом практически не меняется, если он не окисляется заметно и от него ничего не отваливается.

Также внутри шарика возникает неравномерность температуры. Сначала сильнее нагревается наружный слой, потому что именно он соприкасается с пламенем. Потом тепло постепенно передаётся внутрь за счёт теплопроводности. Значит, в первые моменты нагрева снаружи шарик горячее, чем в центре. Если греть долго, температура по всему объёму станет более равномерной.

Если нагрев был сильным, в стали могли измениться и внутренние напряжения. Разные участки шарика расширяются не совсем одновременно: наружные слои нагреваются и расширяются раньше внутренних. Из-за этого внутри могут возникать механические напряжения. При последующем охлаждении они тоже могут измениться.

При очень высокой температуре возможны более серьёзные изменения структуры стали. Например, может изменяться расположение атомов в кристаллической решётке, происходить фазовые превращения, меняться твёрдость и прочность. Если шарик нагрели до красного каления, а потом быстро охладили, сталь может закалиться и стать твёрже, но более хрупкой. Если охлаждать медленно, свойства будут другими.

Итак, внутри нагретого стального шарика увеличилась внутренняя энергия, атомы стали колебаться интенсивнее, шарик немного расширился, возникло перераспределение тепла от поверхности к центру, а при сильном нагреве могли измениться внутренние напряжения и структура стали.