Задача по атомной физике. Электрон в атоме находится в f-состоянии. Определить возможные значения (в единицах h) проекции момента импульса L_z орбитального движения электрона в атоме на направление внешнего магнитного поля.

Решение задачи по физике:

Так как момент импульса - вектор, он имеет не только численное значение, но и направление. Обычно не существует такой физической величины, которая имела бы выделенное направление в пространстве, и поэтому направление L не имеет значения. Однако в магнитном поле некоторое направление в пространстве оказывается выделенным. Связь магнитного поля с направлением момента импульса обусловлена тем, что орбитальный электрон подобен крошечному магниту, и поэтому взаимодействует с магнитным полем.

Так как движущийся заряд отрицателен, магнитный момент, обусловленный орбитальным движением электрона, направлен противоположно моменту импульса и, подобно ему, квантуется: величина проекции момента импульса на направление поля определяется квантовым числом m.

Вообще проекция орбитального момента на направление поля равна

где m - магнитное квантовое число, которое может иметь значения

где - орбитальное квантовое число, для f-состояния:

Отсюда находим проекции момента импульса на направление поля: